CN107394571B - 一种板条激光晶体的封装方法及板条激光晶体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板条激光晶体的封装方法及板条激光晶体，本发明针对大尺寸板条激光晶体的封装方法，可以在短时间内完成焊接过程，大大减少板条激光晶体和上、下热沉之间的焊接层中大尺寸孔洞及虚焊的产生，提高固体板条激光晶体的散热效果，从而提高板条激光晶体的光束质量及可靠性。本发明操作简单，易于实现。

Description

一种板条激光晶体的封装方法及板条激光晶体
技术领域
本发明涉及激光晶体技术领域，尤其涉及一种板条激光晶体的封装方法及板条激光晶体。
背景技术
目前，板条激光模块的封装主要采用焊料铟或金锡合金的低温焊接方法，传统的焊接工艺为在上、下热沉的焊接面镀铟或放置金锡合金焊料片，和板条激光晶体组装，然后将组装的板条激光晶体放入真空焊接炉中完成加热及焊接。小尺寸的板条激光晶体激光器采用这种焊接方法可以获得较高的功率和良好的光束质量，但是对于大尺寸(≥100mm2)板条激光晶体，这种传统的焊接方法容易产生大空洞(≥1mm2)、大面积虚焊，且焊接层的焊料分布不均匀。这主要是由于在真空环境下对板条激光晶体进行加热，导热速率慢，其升温、降温过程缓慢，导致板条激光晶体受热不均匀，容易出现部分焊料先熔化、部分后熔化以及部分焊料先凝固、另一部分后凝固的现象。因此，在板条激光晶体升温过程中，先熔化的部分焊料完成焊接并发生流动，将未熔化部分包围，易形成空洞、虚焊及焊料分布不均匀的问题。在降温过程中，往往是板条激光晶体边缘先冷却，因此，边缘的焊料先凝固，而后冷却凝固的中间部分，液相转为固相有体积收缩的倾向，易产生空洞、虚焊的现象。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种板条激光晶体的封装方法及板条激光晶体，用以解决现有技术制得的大尺寸板条激光晶体易产生空洞或虚焊的问题。
为解决上述问题，本发明主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种板条激光晶体的封装方法，该方法包括：对板条激光晶体表面依次镀光学膜和金属膜；对热沉的一面依次镀金膜和铟层；将镀膜后的板条激光晶体的上下表面分别与带有铟层一面的热沉进行连接，组成焊接体；在真空焊接炉中，从所述焊接体的非焊接处端口注入泵浦光，对所述板条激光晶体加热封装。
进一步地，所述的热沉与所述的板条激光晶体相对的焊接面达到：清洁度≤0.1mg/cm2，平面度≤0.5λ，λ＝632.8nm，光洁度≤40/20。
进一步地，该方法还包括：焊接前对所述真空焊接炉抽真空至6×10-3～8×10- 4Pa。
进一步地，所述泵浦光的泵浦功率≦1500W，泵浦时间1～3min，焊接完成后3～5小时后关掉抽真空系统。
进一步地，所述的板条激光晶体包括以下至少一种：Nd:YAG板条激光晶体，Yb:YAG板条激光晶体，Nd:YVO4板条激光晶体，Nd:GdVO4板条激光晶体，Nd:YLF板条激光晶体，Yb:YLF板条激光晶体，Nd:YAG板条激光陶瓷以及Yb:YAG板条激光陶瓷。
进一步地，所述板条激光晶体表面的光学膜为二氧化硅膜，厚度为2～5μm；所述板条激光晶体表面的金属膜为钛铂金膜；
其中钛膜厚度为100～300nm，铂膜厚度为100～300nm，金膜厚度为300～800nm；所述板条激光晶体的厚度1～3mm，宽度10～50mm，长度10～200mm。
进一步地，所述热沉的金膜的厚度为300～500nm。所述热沉的镀铟层的厚度为20～80μm。
进一步地，所述泵浦光为Yb:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为940nm；
或者，所述泵浦光为Nd:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为808nm。
进一步地，所述的真空焊接炉设计有透明石英玻璃窗口，以通过泵浦激光。
另一方面，本发明还提供了一种板条激光晶体，该板条激光晶体采用上述任意一种封装方法封装制得。
本发明有益效果如下：
本发明针对大尺寸板条激光晶体的封装方法，可以在短时间内完成焊接过程，大大减少板条激光晶体和上、下热沉之间的焊接层中大尺寸孔洞及虚焊的产生，提高固体板条激光晶体的散热效果，从而提高板条激光晶体的光束质量及可靠性。本发明操作简单，易于实现。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本发明实施例的板条激光晶体封装方法的流程示意图；
图2是本发明实施例的板条激光晶体的示意图；
图3是本发明实施例的装有板条激光晶体的真空焊接炉的示意图。
附图说明：图2中21-下热沉，22、24-铟层，23-板条激光晶体，25-上热沉；图3中：31-支架，32-板条激光晶体，33-炉门，34、35-石英玻璃窗口。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
本发明利用整个板条激光晶体吸收泵浦光，介质整体产生热量的特点，实现通过对板条激光晶体整体的加热，使与其接触的焊料能够迅速达到熔点，熔化后完成与热沉的焊接。由于对板条激光晶体通入泵浦光后，板条激光晶体整体随即产热，而停止泵浦光后，整个板条激光晶体也会停止产热，此外，板条激光晶体、焊料和热沉面面接触，热传导速度快，因此可实现连接层焊料的在短时间内熔化，完成焊接过程，避免了大量空洞、虚焊的产生，可以大大提高板条激光晶体的焊接质量，从而大幅度地提高板条激光晶体的激光功率和光束质量。以下结合附图以及几个实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明实施例提供了一种板条激光晶体的封装方法，参见图1，该方法包括：
S11、对板条激光晶体表面依次镀光学膜和金属膜；
S12、对热沉的一面依次镀金膜和铟层；
S13、将镀膜后的板条激光晶体的上下表面分别与带有铟层一面的热沉进行连接，组成焊接体；
S14、在真空焊接炉中，从所述焊接体的非焊接处端口注入泵浦光，对所述板条激光晶体加热封装。
本发明针对现有方法制备大尺寸板条激光在焊接过程中易出现空洞和虚焊的问题，根据整个板条激光晶体吸收泵浦光，介质整体产生热量的特点，实现通过对板条激光晶体整体的加热，使与其接触的焊料能够迅速达到熔点，熔化后完成与热沉的焊接。由于对板条激光晶体通入泵浦光后，板条激光晶体整体随即产热，而停止泵浦光后，整个板条激光晶体也会停止产热，此外，板条激光晶体、焊料和热沉面面接触，热传导速度快，因此可实现连接层焊料的在短时间内熔化，完成焊接过程，避免了大量空洞、虚焊的产生，可以大大提高板条激光晶体的焊接质量，从而大幅度地提高板条激光晶体的激光功率和光束质量。
本发明可以在短时间内完成焊接过程，大大减少板条激光晶体和上、下热沉之间的焊接层中大尺寸孔洞及虚焊的产生，提高固体板条激光晶体的散热效果，从而提高板条激光晶体的光束质量及可靠性。本发明操作简单，易于实现。
需要说明的是，本发明所针对的是大于100mm2板条激光晶体，具体实施时，本发明可对厚度1～3mm，宽度10～50mm，长度10～200mm的板条激光晶体，很好的完成封装。
具体实施时，本发明实施例所述的热沉与所述的板条激光晶体相对的焊接面达到：清洁度≤0.1mg/cm2，平面度≤0.5λ，λ＝632.8nm，光洁度≤40/20。
封装时，本发明需在焊接前，对所述真空焊接炉抽真空至6×10-3～8×10-4Pa。
本发明实施例所采用的泵浦光的泵浦功率≦1500W，泵浦时间1～3min，焊接完成后3～5小时后关掉抽真空系统。
本发明可以对一下板条激光晶体完成封装：Nd:YAG板条激光晶体，Yb:YAG板条激光晶体，Nd:YVO4板条激光晶体，Nd:GdVO4板条激光晶体，Nd:YLF板条激光晶体，Yb:YLF板条激光晶体，Nd:YAG板条激光陶瓷以及Yb:YAG板条激光陶瓷，等等。
当然本领域的技术人员也可以根据本发明所述的方法，对其他的激光晶体完成进行封装。
具体实施时，本发明实施例所述板条激光晶体表面的光学膜为二氧化硅膜，厚度为2～5μm；所述板条激光晶体表面的金属膜为钛铂金膜；
其中钛膜厚度为100～300nm，铂膜厚度为100～300nm，金膜厚度为300～800nm；
所述热沉的金膜的厚度为300～500nm。
所述热沉的镀铟层的厚度为20～80μm。
本发明实施例所采用的泵浦光为Yb:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为940nm；或者，采用泵浦光为Nd:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为808nm。
需要说明的是，本发明所采用的真空焊接炉设计有透明石英玻璃窗口，以通过泵浦激光。
图2是本发明实施例的板条激光晶体的示意图，下面将结合图2对本发明所述的方法进行详细的说明：
板条激光晶体为Nd:YAG板条激光晶体，尺寸为3mm×40mm×140mm，Nd:YAG板条激光晶体的光学膜厚为4μm，金属钛膜厚为300nm，铂膜厚为300nm，金膜厚为800nm，镀铟层厚度为80μm。自下至上依次放置焊接面向上的下热沉21、Nd:YAG板条激光晶体23、焊接面向下的热沉25，以及中间的铟层22、24，组成焊接体；将焊接体放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至8×10-4Pa。对Nd:YAG板条激光晶体的非焊接处的端面注入泵浦光波长为940nmYb:YAG板条激光晶体泵浦光，功率为1500W，时间为3min。焊接完成2h后关抽真空系统，放气，开炉门，取出Nd:YAG板条激光晶体模块。
图3是本发明实施例的装有板条激光晶体的真空焊接炉的示意图，如图3所示，将，板条激光晶体32通过炉门33置于支架31上，板条激光晶体为Nd:YAG板条激光陶瓷，尺寸为2mm×10mm×150mm，Nd:YAG板条激光陶瓷的光学膜厚为3μm，金属钛膜厚为100nm，铂膜厚为300nm，金膜厚为500nm，镀铟层厚度为60μm。自下至上依次放置焊接面向上的热沉、Nd:YAG板条激光陶瓷、焊接面向下的热沉，组成焊接体；将焊接体放入真空焊接炉中，对真空焊接炉抽真空至8×10-4Pa。通过石英玻璃窗34、35口对Nd:YAG板条激光陶瓷的非焊接处的端面注入泵浦光波长为940nm Yb:YAG板条激光晶体泵浦光，功率为1500W，时间为2min。焊接完成3h后关抽真空系统，放气，开炉门，取出Nd:YAG板条激光陶瓷模块。
也就是说，本发明根据整个板条激光晶体吸收泵浦光，介质整体产生热量的特点，通过对板条激光晶体整体的加热，使与其接触的焊料能够迅速达到熔点，熔化后完成与热沉的焊接。由于对板条激光晶体通入泵浦光后，板条激光晶体整体随即产热，而停止泵浦光后，整个板条激光晶体也会停止产热，此外，板条激光晶体、焊料和热沉面面接触，热传导速度快，因此可实现连接层焊料的在短时间内熔化，完成焊接过程，避免了大量空洞、虚焊的产生，可以大大提高板条激光晶体的焊接质量，从而大幅度地提高板条激光晶体的激光功率和光束质量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种板条激光晶体的封装方法，其特征在于，包括：
对板条激光晶体表面依次镀光学膜和金属膜；
对热沉的一面依次镀金膜和铟层；
将镀膜后的板条激光晶体的上下表面分别与带有铟层一面的热沉进行连接，组成焊接体；
在真空焊接炉中，从所述焊接体的非焊接处端口注入泵浦光，对所述板条激光晶体利用该板条激光晶体吸收泵浦光产生的热量进行加热封装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的热沉与所述的板条激光晶体相对的焊接面达到：清洁度≤0.1mg/cm2，平面度≤0.5λ，λ＝632.8nm，光洁度≤40/20。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
焊接前对所述真空焊接炉抽真空至6×10-3～8×10-4Pa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述泵浦光的泵浦功率≦1500W，泵浦时间1～3min，焊接完成后3～5小时后关掉抽真空系统。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的板条激光晶体包括以下至少一种：Nd:YAG板条激光晶体，Yb:YAG板条激光晶体，Nd:YVO4板条激光晶体，Nd:GdVO4板条激光晶体，Nd:YLF板条激光晶体，Yb:YLF板条激光晶体，Nd:YAG板条激光陶瓷以及Yb:YAG板条激光陶瓷。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述板条激光晶体表面的光学膜为二氧化硅膜，厚度为2～5μm；
所述板条激光晶体表面的金属膜为钛铂金膜；
其中钛膜厚度为100～300nm，铂膜厚度为100～300nm，金膜厚度为300～800nm；
所述板条激光晶体的厚度1～3mm，宽度10～50mm，长度10～200mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述热沉的金膜的厚度为300～500nm；
所述热沉的镀铟层的厚度为20～80μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述泵浦光为Yb:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为940nm；
或者，
所述泵浦光为Nd:YAG板条激光晶体泵浦光，波长为808nm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述的真空焊接炉设计有透明石英玻璃窗口，以通过泵浦激光。
10.一种板条激光晶体，其特征在于，该板条激光晶体采用权利要求1-9中任意一项所述的方法封装制得。
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