CN109921279A - 一种激光器模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率激光器模组，包括：散热器；热沉，固定设置于散热器上；激光芯片，固定设置于热沉上；晶体支架，固定设置于热沉上，在晶体支架上设置有一通孔，且通孔在热沉上的正投影位于激光芯片上；晶体，固定设置于晶体支架上，且位于通孔上方，激光芯片与晶体之间设置有设定距离的第一间隙。本发明实施例的激光器模组能够在体积上做到小型化或微型化，同时还能满足大功率的半导体散热芯片的散热需求，使其所应用的微型化设备不需要额外外置电路结构、水路结构和其它辅助设备，使激光器模组填补了市场空缺，大大拓宽了应用范围，同时本实施例的激光器模组还能够实现在大型设备的应用，满足激光器模组在终端产品应用的设计需求。

Description

一种激光器模组

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种激光器模组。

背景技术

激光是一种新的光源，已经在许多领域得到应用。激光具有普通光源发出的光的所有光学特性，且激光能量密度高、方向性强、且发散度仅为毫弧度量级等优点，得到了越来越多的应用。随着激光技术的飞速发展和广泛应用，激光已成为工业生产，科学探测和现代军事战争中极为重要的工具。

目前，国内大功率激光器模组工作状态一般采用水冷方式或者TEC(半导体致冷器，Thermo Electric Cooler)制冷方式。

但是，对于水冷方式，其需要自循环冷却水系统、控温系统，应用需要的配置较为繁琐、且庞大，往往在应用小型化设备里受到限制；对于TEC制冷方式，其就是热源，因此制冷量越大则功耗越大，而且TEC热端一般还需要配置风冷散热器，使其体积较大，因此此种方法不仅大大增加功耗、体积较大，大大限制其应用范围，而且TEC具有冷却滞后性，需要实现温度控制，否则过冷过热均对半导体激光器产生影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种激光器模组。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种激光器模组，包括：

散热器；

热沉，固定设置于所述散热器上；

激光芯片，固定设置于所述热沉上；

晶体支架，固定设置于所述热沉上，在所述晶体支架上设置有一通孔，且所述通孔在所述热沉上的正投影位于所述激光芯片上；

晶体，固定设置于所述晶体支架上，且位于所述通孔上方，所述激光芯片与所述晶体之间设置有设定距离的第一间隙。

在本发明的一个实施例中，所述散热器和所述热沉之间设置有第二间隙，在所述第二间隙中填充有导热材料。

在本发明的一个实施例中，所述导热材料的导热系数为13.5～20W·m^-1·K^-1。

在本发明的一个实施例中，所述导热材料包括导热膏、导热贴或石墨烯。

在本发明的一个实施例中，所述晶体包括无锥度晶体或有锥度晶体。

在本发明的一个实施例中，所述有锥度晶体的锥度为0～4°。

在本发明的一个实施例中，所述设定距离为0.5～1mm。

在本发明的一个实施例中，所述晶体支架为铝合金晶体支架。

在本发明的一个实施例中，还包括激光模块系统引线，与所述激光芯片固定连接。

本发明的有益效果：

本发明实施例的激光器模组能够在体积上做到小型化或微型化，同时还能满足大功率的半导体散热芯片的散热需求，使其所应用的微型化设备不需要额外外置电路结构、水路结构和其它辅助设备，从而使得本实施例的激光器模组填补了市场空缺，大大拓宽了应用范围，同时本实施例的激光器模组还能够实现在大型设备的应用，满足激光器模组在终端产品应用的设计需求，并且本实施例的激光器模组还能维持一个良好的散热平衡，从而稳定激光器模组的工作环境稳定。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种激光器模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种激光器模组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种散热器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种激光器模组的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种无锥度晶体的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种有锥度晶体的结构示意图。

附图标记说明：

1晶体；2晶体支架；3激光模块系统引线；4螺纹孔；5激光芯片；6热沉；7散热器；8通孔；9连接部件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种激光器模组的结构示意图，图2是本发明实施例提供的另一种激光器模组的结构示意图。本实施例提供一种激光器模组，包括：

散热器7；

热沉6，固定设置于所述散热器7上；

激光芯片5，固定设置于所述热沉6上；

晶体支架2，固定设置于所述热沉6上，在所述晶体支架2上设置有一通孔8，且所述通孔在所述热沉6上的正投影位于所述激光芯片5上；

晶体1，固定设置于所述晶体支架2上，且位于所述通孔8上方，所述激光芯片5与所述晶体1之间设置有设定距离的第一间隙。

本实施例的激光器模组包括光束整形系统、激光模组系统及散热系统，其中光束整形系统包括晶体1和晶体支架2，激光模组系统包括激光模块系统引线3与激光芯片5，散热系统包括热沉6和散热器7。

本实施例的晶体1用于作为激光器模组的激光发射材料，其固定设置于晶体支架2上，且晶体1位于通孔8上方，例如晶体1通过UV胶水固化后粘接到晶体支架2上，为了更好的便于晶体1固定设置于晶体支架2上，可以在通孔8内部的四周设置一台阶，将晶体1固定设置在该台阶上，同时将该晶体支架2固定设置于热沉6上，且激光芯片5固定设置于热沉6上，同时，激光芯片5位于通孔8的下方，使得激光芯片5与晶体1的一端相对设置，同时激光芯片5与晶体1之间有设定距离的第一间隙，同时在热沉的下方固定设置有散热器，这种结构的激光器模组不仅能够在体积上能做到小型化或微型化，从而不仅能够实现在大型设备的应用，还能应用于小型化的设备，满足激光器模组在终端产品应用的设计需求，并且其还能满足激光器模组的散热需求，使其维持一个很好的散热平衡，从而使激光器模组的工作环境稳定，稳定工作系统环境。

本实施例的激光器模组还包括激光模块系统引线3，该激光模块系统引线3与激光芯片5固定连接。

进一步地，激光模块系统引线3与激光芯片5通过焊料进行烧结焊接成为一个激光模块，再焊接到热沉6上表面，例如焊接工艺为金锡焊接工艺。

在一个实施例中，散热器7和热沉6之间设置有第二间隙，在第二间隙中填充有导热材料。

为了更进一步提高其工作稳定性，所以需要进一步改善本实施例的激光器模组的散热能力，使其更进一步地得到更广泛的应用，本实施例在散热器7和热沉6之间的第二间隙中填充了导热材料。

进一步地，导热材料的导热系数为13.5～20W·m^-1·K^-1。

请参见图3，在散热器7上设置有一连接部件9，散热器7与热沉6通过该连接部件9实现螺纹连接，为了增加热传导面积，在该连接部件9上进行了降面处理，即在该连接部件9与热沉6连接的两端设置了低于该连接部件9中间平面的平面，从而增加热传导的有效面积，减小与热沉6之间的间隙。

优选地，散热器7的散热齿的上端面(散热齿的上端面即为靠近连接部件9的一面)与连接部件9的中间平面之间的高度差为0.1～0.2mm。

优选地，连接部件9两端的平面与中间平面之间的高度差为0.1～0.2mm。

请参见图3，对于激光器模组而言，其热量主要来源于激光模块系统引线3与激光芯片5，而现有的激光器模组只能通过如图3所示的与激光芯片5相对的连接部件9得中间平面的A区将热量传递至散热器7进行散热，而本实施例的激光器模组的热源，不仅能够使得热量从A区进行传递，还能够通过热沉6吸收激光模块系统引线3与激光芯片5所产生的热量，并迅速使其吸收的热量向热沉6的四周扩散，从而实现热量均匀的分散在热沉6上，使其成为热量的储蓄池，再由热沉6的底部将热量传递至散热器7和热沉6之间的导热材料中，导热材料与连接部件9的中间平面(即A区)接触，成为热量的主要热传导方向，通过挤压再使得导热材料与散热器7的散热齿的上端面(即图3中的B区)相接触，从而使得散热器7的散热齿的上端面也成为散热面，成为热量的辅助热传导方向，使得热量同时还可以通过散热器7的散热齿的上端面传递至散热器7进行散热，大大增加了激光器模组的散热能力，提高了激光器模组所适用的激光芯片的功率范围，同时，由于未增加其它散热设备，从而可以缩小激光器模组所适用的设备的体积及重量，大大增加了其适用范围。

进一步地，请参见图4，在实际使用时，本实施例的激光器模组的热源主要来源于激光模块系统引线3与激光芯片5，本实施例的激光器模组的热传导过渡区域如图4的虚线框所示，主要由激光芯片5将热源传递至热沉6上，再由热沉直接传递至散热器7上进行散热，这种为主要热传导方向，还可以由热沉6向热沉6两侧面传递，之后再向设置有散热器7的方向传递，这种为辅助热传导方向，因此若在散热器7和热沉6之间的第二间隙中填充导热材料，且该导热材料的导热系数设置为13.5～20W·m^-1·K^-1，能够保证热量能够顺利、稳定的传递热量至散热器7，还能增加热传导的接触面积，提高该激光器模组的散热能力，从而提高该激光器模组工作时的稳定性，同时无需增加其它设备来增加其散热能力，可以保证其应用于小型化或微型化设备上。本实施例通过在散热器7和热沉6之间的第二间隙中填充导热系数设置为13.5～20W·m^-1·K^-1的导热材料，提高了散热器7的散热能力，使散热器7能够达到更大的散热能效。

进一步地，导热材料包括导热膏、导热贴或石墨烯。

本实施例不对散热器7的具体形式进行限制，使用者可以根据实际的散热需求进行选取，本领域技术人员可以根据自己的实际需求进行选择。

例如，本实施例的散热器7采用的为一种中心向外部散射式叶片的散热器，这种形式的散热器能够增加散热比表面积，能够满足100W激光半导体所产生的热量进行散热的需求。

优选地，散热器7表面可以进行阳极化，以防止过多氧化，影响其散热能力，保证散热器7的散热能力。

在一个实施例中，晶体1包括无锥度晶体或有锥度晶体，且为轴对称的晶体。

请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种无锥度晶体的结构示意图，本实施例的无锥度晶体即为未设置有锥度的晶体，无锥度晶体例如可以为圆柱体结构或立方体结构或其他形式的结构，优选地，无锥度晶体为立方体结构，这种晶体1为小光斑的专用晶体，能够很好的处理小光斑的光束整形效果，整形效率大于90％。

请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种有锥度晶体的结构示意图，本实施例的有锥度晶体即为设置有锥度的晶体，其中有锥度晶体与晶体支架2的一端为横截面积较大的一端，有锥度晶体例如两端为不同直径的圆形成的晶体、或两端为不同面积的长方形或正方形形成的晶体，优选地，有锥度晶体为两端为不同边长的长方形或正方形形成的晶体。

优选地，有锥度晶体的锥度为0～4°，当锥度为0～4°时，使进入晶体内的激光光束在准备从晶体1的侧壁射出时，使激光光束在晶体1的侧壁上产生全反射，最终使得激光光束从与晶体支架2相接触的一端射出，可以提高整形效率，进一步地，当锥度为4°时，可以保证晶体1对激光光束的整形效率在90％以上。例如，有锥度晶体的锥度角度是4°，此锥度满足在光斑和激光芯片固有的37°快轴发散角下，使进入晶体内的激光光束在准备射出晶体的侧壁时产生全反射，最终从另外晶体的一端窗口射出。

进一步地，晶体1的两端面还可以设置增透膜，其目的是为了促使相对应波长的激光更容易穿过晶体1端面的界面层，减小反射，提升晶体1的透射率。

优选地，增透膜的波长可以包括780nm、808nm或1064nm。

优选地，晶体1为石英材质。

进一步地，热沉6为平板热沉，为了便于拆卸，晶体支架2和热沉6通过螺纹连接，例如在热沉6上设置螺纹孔4，再通过螺栓将晶体支架2和热沉6进行连接。

进一步地，热沉6的材料为无氧铜基板，厚度为3mm。

进一步地，热沉6表面覆盖有镍层，覆盖有所述镍层的所述热沉表面还覆盖有金层，即首先可以在热沉6表面镀一层镍金属，形成镍层，之后再镀一层金金属，形成金层，不仅可以防止无氧铜基板直接裸露于空气中，避免其氧化，从而影响热沉6的散热，另外还可以提高其美观性。

进一步地，为了增加热传导效果，晶体支架为铝合金晶体支架。

进一步地，设定距离为0.5～1mm，该设定距离的设定能够使经晶体1整形后的激光光束平稳、高效的传输至激光芯片5。

本实施例的激光器模组能够在体积上做到小型化或微型化，同时还能满足大功率的半导体散热芯片的散热需求，使其所应用的微型化设备不需要额外外置电路结构、水路结构和其它辅助设备，从而使得本实施例的激光器模组填补了市场空缺，大大拓宽了应用范围，同时本实施例的激光器模组还能够实现在大型设备的应用，满足激光器模组在终端产品应用的设计需求，并且本实施例的激光器模组还能维持一个良好的散热平衡，从而稳定激光器模组的工作环境稳定。

本实施例的激光器模组因不需要额外外置电路结构、水路结构和其它辅助结构，能直接集成于小型化或微型化的设备上，从而能够大大提高其使用范围，例如，其可以应用于手持式的美容、美肤设备上，如脱毛仪，其还可以应用于手持式的医疗设备上，利用本实施例的激光器模组相较于国内外应用于上述手持式设备的激光器模组能够将体积缩小约1/3，同时本实施例的激光器模组能够满足100w以上的大功率激光芯片的散热需求，而目前国内外应用于上述手持式设备的激光器模组仅能满足约50w的激光芯片的散热需求，因此本实施例在大大缩小了的激光器模组体积的同时，还能提高激光芯片的功率，从而大大提高了本实施例的激光器模组性能，拓宽了其应用范围，填补了目前市场上应用于小型化设备或微型化设备的大功率激光器模组的空缺。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种激光器模组，其特征在于，包括：

散热器；

热沉，固定设置于所述散热器上；

激光芯片，固定设置于所述热沉上；

晶体支架，固定设置于所述热沉上，在所述晶体支架上设置有一通孔，且所述通孔在所述热沉上的正投影位于所述激光芯片上；

晶体，固定设置于所述晶体支架上，且位于所述通孔上方，所述激光芯片与所述晶体之间设置有设定距离的第一间隙。

2.根据权利要求1所述的激光器模组，其特征在于，所述散热器和所述热沉之间设置有第二间隙，在所述第二间隙中填充有导热材料。

3.根据权利要求2所述的激光器模组，其特征在于，所述导热材料的导热系数为13.5～20W·m^-1·K^-1。

4.根据权利要求3所述的激光器模组，其特征在于，所述导热材料包括导热膏、导热贴或石墨烯。

5.根据权利要求1所述的激光器模组，其特征在于，所述晶体包括无锥度晶体或有锥度晶体。

6.根据权利要求5所述的激光器模组，其特征在于，所述有锥度晶体的锥度为0～4°。

7.根据权利要求1所述的激光器模组，其特征在于，所述设定距离为0.5～1mm。

8.根据权利要求1所述的激光器模组，其特征在于，所述晶体支架为铝合金晶体支架。

9.根据权利要求1所述的激光器模组，其特征在于，还包括激光模块系统引线，与所述激光芯片固定连接。