CN113492367B - 一种半导体激光器老化夹具及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体激光器老化夹具及其应用，包括水冷板、限位板、快速夹具和压条；限位板，设置在水冷板上表面，其上开设有至少一个与半导体激光器相匹配的限位孔；快速夹具，设置在水冷板一端；压条，一端与水冷板铰接，另一端通过快速夹具夹紧，其上开设有与限位孔一一对应的沉孔，沉孔内安装有弹性压块，弹性压块用于压紧半导体激光器。本发明半导体激光器老化夹具可一次性将多个半导体激光器放置在限位板上，并由压条同时固定在水冷板上，相比传统方式通过螺丝逐个固定半导体激光器，安装效率大大提高。

Description

一种半导体激光器老化夹具及其应用

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器老化夹具及其应用，属于半导体激光器工装技术领域。

背景技术

在过去的几十年中，激光科学在制造更高、更快、更小的相干光源上取得了巨大成功。与电子器件类似，光子器件的小型化和集成化有广阔的应用前景。其中半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高等优异的的特点，在显示、工业加工、医疗、泵浦等领域有着广泛的应用。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有高功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。例如在通信领域，如何使激光器的输出光能更稳定、更长距离的传输，在泵浦固体激光器中如何使半导体激光器的输出光功率能更有效地传输到激光增益介质上，从而得到更高的泵浦效率，这些都涉及到半导体激光器与光纤的耦合问题。

一般来讲，空间合束、偏振合束，主要是将半导体激光器发出的激光光束通过快慢轴整形后聚焦或者成像到光纤纤芯端面。而光纤的导光部分是由纤芯和包层组成，纤芯的折射率会略大于包层的折射率。当入射到光纤纤芯端面的光发散角小于光纤的数值孔径时，进入纤芯后将在纤芯和包层的界面处发生全反射，而入射到光纤纤芯端面的光发散角大于光纤数值孔径时，即使进入纤芯也不会在纤芯和包层的界面处发生全反射，因此会很快折射出光纤而不在纤芯传输，形成包层光，从而转化为热。然而多管芯的空间合束、偏振合束，光纤耦合总有一定的耦合效率，很难实现100％的耦合。半导体激光器的老化是半导体激光器制造过程中很关键的一步。为了使激光器工作性能处于一个稳定的状态，需要激光器预先进行高温、大电流工作促使其老化至性能曲线中较平稳的区域。而半导体激光器的老化效率是生产个过程中提高生产效率的重要一个环节。半导体激光器的老化时间是一定的，在这里提高老化之前的安装效率至关重要，之前在安装老化激光器时，大部分都是用螺丝上紧在老化台上。这样大大的增加了工作量和工作时间，满足不了高效率的要求，效率低，不适于批量生产，经济效益也差。

例如，中国专利文献CN209389444U提供了一种半导体激光器老化夹具，该老化夹具的夹紧装置推动滑块向前滑动使滑块的前端与半导体激光器的后端接触，半导体激光器的前端与长孔的前端相接触，从而实现将半导体激光器挤压固定在长孔中。采用推动滑块向前滑动的方式安装，速度较慢，经济效益低，同时该老化夹具结构相对复杂。

中国专利文献CN103326231A公开了一种半导体激光器老化方法及固定夹具，该激光器老化固定夹具的导电基座固定在底座边缘，基座外边开凹槽，基座上粘贴有负极电极片，另有一固定夹条用于将激光器过渡电极片夹持在负极电极片上；固定杆可上下转动，固定杆横臂上设有挂环，底座上固定有弹簧，弹簧通过挂钩挂在固定杆的挂环上，为固定杆垂直臂提供向下的压力。将装有激光器的热沉放置于基座的凹槽内，用夹条将激光器的过渡电极片固定在基座的负极电极片上，固定杆垂直臂的端部底面压在激光器热沉上，基座的负极电极片连通电源负极，基座的一个螺钉连通电源正极。该固定夹具虽在一定程度上提高了老化合格率和老化效率，但一次只能固定一个激光器，安装效率过低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供旨在一种半导体激光器老化夹具，该夹具主要用来提高半导体激光器老化前的安装效率，其能够一次性安装多个半导体激光器，在一次老化过程中提高老化合格率，保证老化效果一致性。

本发明还提供上述一种半导体激光器老化夹具的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种半导体激光器老化夹具，包括水冷板、限位板、快速夹具和压条；

限位板，设置在水冷板上表面，其上开设有至少一个与半导体激光器相匹配的限位孔；

快速夹具，设置在水冷板一端；

压条，一端与水冷板铰接，另一端通过快速夹具夹紧，其上开设有与限位孔一一对应的沉孔，沉孔内安装有弹性压块，弹性压块用于压紧半导体激光器。

优选的，所述限位板通过螺栓安装在水冷板上表面。

优选的，所述水冷板的一端固定有支架，压条一端与支架通过转轴连接。

优选的，所述支架设有一凹腔，压条一端位于凹腔内，转轴贯穿压条和凹腔两侧。此设计的好处是，压条一端位于支架的凹腔内，在旋转压条时稳定性更好，有利于压紧固定半导体激光器。

优选的，所述水冷板的另一端固定有支座，快速夹具安装在支座上。

优选的，所述快速夹具包括机架、连架杆A、连架杆B和连杆，机架的两侧设有凸缘，连架杆A和连架杆B的一端与机架铰接，连架杆A和连架杆B的另一端与连杆铰接，连杆一端用于夹紧压条。

优选的，所述支座上设有螺栓孔，机架的两侧凸缘通过螺栓安装在支座上。

优选的，所述沉孔内设有一通孔和两个压条弹簧限位孔，两个压条弹簧限位孔位于通孔的两侧。

优选的，所述弹性压块设有一螺纹孔和两个压块弹簧限位孔，两个压块弹簧限位孔位于螺纹孔的两侧，螺钉贯穿通孔后连接螺纹孔，相应的两个压条弹簧限位孔和两个压块弹簧限位孔之间放置有弹簧。

优选的，所述水冷板与限位板之间放置有石墨片。

一种半导体激光器老化夹具的使用方法，包括以下步骤：

(1)先将限位板安装在水冷板上表面，再将多个半导体激光器一一放入限位板的限位孔内；

(2)通过螺钉调节弹性压块在沉孔内的伸缩量，从而压缩弹簧调节弹性压块的压力大小；

(3)压条一端绕支架的转轴旋转，压条下落使弹性压块压紧在半导体激光器上，压条另一端由快速夹具夹紧。

本发明的有益效果在于：

1、本发明半导体激光器老化夹具可一次性将多个半导体激光器放置在限位板上，并由压条同时固定在水冷板上，相比传统方式通过螺丝逐个固定半导体激光器，安装效率大大提高，同时节省了人力。

2、本发明半导体激光器老化夹具，可以根据使用需求选择不同规格的限位板，满足不同的安置要求，有较好的灵活性。

3、利用本发明半导体激光器老化夹具，在一次老化过程中可提高老化半导体激光器的合格率，保证老化效果的一致性。

4、本发明半导体激光器老化夹具，结构简单，设计科学合理，操作使用方便，成本低，通过弹性压块可以牢固压紧半导体激光器，稳定性高，保证老化效果的一致性。

附图说明

图1为本发明的立体爆炸结构示意图；

图2为本发明的压条的局部立体结构示意图；

图3为本发明的压块的立体结构示意图；

图4为本发明的散热系统爆炸结构示意图；

图5为本发明的老化系统的立体结构示意图；

图中：1.压条，2.压块，3.螺钉，4.弹簧，5.快速夹具，6.半导体激光器，7.支座，8.水冷板，9.限位板，10.支架，11.转轴，12.散热片，13.散热片水冷板，14.光纤固定罩，1-1.沉孔，1-2.通孔，1-3.压条弹簧限位孔，2-1.压块弹簧限位孔，2-2.螺纹孔。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图3所示，本实施例提供一种半导体激光器老化夹具，包括水冷板8、限位板9、快速夹具5和压条1；

限位板9，安装在水冷板8上表面，其上开设有至少一个与半导体激光器6相匹配的限位孔；

快速夹具5，安装在水冷板8一端；

压条1，一端与水冷板8铰接，另一端通过快速夹具5夹紧，其上开设有与限位孔一一对应的沉孔1-1，沉孔1-1内安装有弹性压块2，弹性压块2用于压紧半导体激光器6。

具体而言，水冷板8为长方体结构，内有循环水道，用于散热。限位板9为长条形板，沿其长度方向间隔开设有若干呈小飞机形状的长孔，长孔的形状大小与半导体激光器6的形状大小相匹配；长孔的数量根据老化半导体激光器的数量设置，一个长孔安置一个激光器。另外，限位板9可以做系列设计，根据不同的半导体激光器6制作不同的规格，满足不同需求。

限位板9通过螺栓安装在水冷板8上表面。限位板9的两侧边缘设有固定安装孔，方便限位板9安装在水冷板8上。

如图1所示，水冷板8上表面的左端固定有支架10，支架10设有一凹腔，压条1一端位于凹腔内，转轴11贯穿压条1和凹腔两侧。压条1一端位于支架10的凹腔内，在绕转轴11旋转压条1时稳定性更好，有利于压准固定半导体激光器6。右端通过螺栓固定一支座7，支座7上四个角位连接有四个螺栓，快速夹具5的底板两侧凸缘上开设有四个安装孔，通过四个螺栓安装在支座7上。

快速夹具5包括机架、连架杆A、连架杆B和连杆，机架的两侧设有凸缘，可固定安装在支座7上，连架杆A和连架杆B的一端与机架铰接，连架杆A和连架杆B的另一端与连杆铰接，连杆一端用于夹紧压条。快速夹具是根据平面四杆机构中双摇杆机构的原理来设计，其基本结构是由连杆、机架及两连架杆等四构件组成。当连杆与连架杆A、连架杆B的两铰接点和连架杆A(或连架杆B)与机架的铰接点，三点同在一直线时，机构处于死点位置，此时连杆一端夹紧压条。这时被压紧的压条，无论有多大的反力(除玻坏性反力)，也无法使压头松开。

压条1为有一定厚度长条板，其长宽厚为430*30*15(mm)，压条底面开设有多个沉孔1-1，沉孔1-1内设有一通孔1-2和两个压条弹簧限位孔1-3，两个压条弹簧限位孔1-3位于通孔1-2的两侧。

弹性压块2设有一螺纹孔2-2和两个压块弹簧限位孔2-1，两个压块弹簧限位孔2-1位于螺纹孔2-2的两侧，螺钉3贯穿通孔后连接螺纹孔2-2，相应的两个压条弹簧限位孔1-3和两个压块弹簧限位孔2-1之间放置两个弹簧4。弹性压块2的数量与半导体激光器6的数量一一对应，一个弹性压块2用来压紧一个半导体激光器6，相互独立。

弹性压块2采用不锈钢材料制成。不锈钢材料制成的压块2不但具有良好的耐腐蚀性，且强度高，硬度大，提高使用寿命。

本实施例半导体激光器老化夹具结构简单，操作方便，成本低。该老化夹具一次性可以老化15只激光器，老化合格率95％以上，该老化夹具体积小，老化数量多，操作简单，大大的提高了老化效率和老化数量。提高了老化时的工作效率，节省了老化时的半导体激光器6的安装时间。

实施例2：

如实施例1所述的半导体激光器老化夹具，其不同之处在于：水冷板8与限位板9之间放置有石墨片。老化时半导体激光器6接触面紧密一些，散热效果更好。

实施例3：

如图4和图5所示，一种半导体激光器老化夹具的使用方法，采用实施例1所述的夹具，使用前，将实施例1的的夹具和散热片12、散热片水冷板13、光纤固定罩14、光栅共同使用进行说明。其中，将光纤插芯固定于光纤固定罩14上，散热片12固定于散热片水冷板13上，散热片水冷板13通过循环水，带走热量。使用过程如下：

(1)先将限位板9通过螺栓安装在水冷板8上表面，再将15个半导体激光器6一一放入限位板9的限位孔内；

(2)通过螺钉3调节弹性压块2在沉孔1-1内的伸缩量，从而压缩弹簧4调节弹性压块2的压力大小；

(3)压条1一端绕支架10的转轴11旋转，压条1下落使弹性压块2压紧在半导体激光器6上，压条1另一端由快速夹具5夹紧。

老化时，半导体激光器6发出的光通过光栅、光纤插芯打到散热片12上，散热片水冷板13通过循环水，带走散热片12的热量。

散热片水冷板13和散热片12之间需要涂抹导热硅脂，能使两者有更好的接触，散热效果更好；散热片12采用铝材料制成。铝的热传导率为237w/(m˙k)，可以保证半导体激光器6在老化时尽快把热量散去，提高半导体激光器的散热效率，同时铝的性价比较高。

Claims (5)

1.一种半导体激光器老化夹具，其特征在于，包括水冷板、限位板、快速夹具和压条；

限位板，设置在水冷板上表面，其上开设有至少一个与半导体激光器相匹配的限位孔；

快速夹具，设置在水冷板一端；

压条，一端与水冷板铰接，另一端通过快速夹具夹紧，其上开设有与限位孔一一对应的沉孔，沉孔内安装有弹性压块，弹性压块用于压紧半导体激光器；

所述水冷板的一端固定有支架，压条一端与支架通过转轴连接；所述水冷板的另一端固定有支座，快速夹具安装在支座上；

所述快速夹具包括机架、连架杆A、连架杆B和连杆，机架的两侧设有凸缘，连架杆A和连架杆B的一端与机架铰接，连架杆A和连架杆B的另一端与连杆铰接，连杆一端用于夹紧压条；

所述沉孔内设有一通孔和两个压条弹簧限位孔，两个压条弹簧限位孔位于通孔的两侧；

所述弹性压块设有一螺纹孔和两个压块弹簧限位孔，两个压块弹簧限位孔位于螺纹孔的两侧，螺钉贯穿通孔后连接螺纹孔，相应的两个压条弹簧限位孔和两个压块弹簧限位孔之间放置有弹簧。

2.如权利要求1所述的半导体激光器老化夹具，其特征在于，所述限位板通过螺栓安装在水冷板上表面。

3.如权利要求1所述的半导体激光器老化夹具，其特征在于，所述支架设有一凹腔，压条一端位于凹腔内，转轴贯穿压条和凹腔两侧。

4.如权利要求1所述的半导体激光器老化夹具，其特征在于，所述支座上设有螺栓孔，机架的两侧凸缘通过螺栓安装在支座上。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的半导体激光器老化夹具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）先将限位板安装在水冷板上表面，再将多个半导体激光器一一放入限位板的限位孔内；

（2）通过螺钉调节弹性压块在沉孔内的伸缩量，从而压缩弹簧调节弹性压块的压力大小；

（3）压条一端绕支架的转轴旋转，压条下落使弹性压块压紧在半导体激光器上，压条另一端由快速夹具夹紧。

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