CN115764552A - 准连续阵列激光泵源及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种准连续阵列激光泵源及其制备方法。该制备方法包括：在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片的侧面与对应的激光器芯片的侧面均接触，得到第一样品；将第一样品的下表面烧结于瓷片上表面，得到准连续阵列激光泵源；对准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料；填充完毕后，对准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。本发明能够有效提升准连续阵列激光泵源的热耗散效率。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种准连续阵列激光泵源及其制备方法。
背景技术
大功率激光泵源广泛应用在光纤激光器与固体激光器的泵浦源中，以得到高能激光武器与光电吊舱系统。根据所泵激光器的工作状态，激光泵源可分为连续阵列激光泵源与准连续阵列激光泵源两种。利用高导热性、低粗糙度的热沉与相应的半导体瓷片，焊接阵列大功率激光器芯片—“bar条”，再通过多个bar条并联，即可得到准连续阵列激光泵源。
由于激光器通常的反偏电压为2V，bar条的光电效率为50％～60％，为使激光器达到较高的输出功率就需要在激光泵源中加载较大的电流(百安培量级)。因此，在准连续阵列激光泵源中的极小空间内(腔长mm量级，发光区um量级)实现产热的快速耗散，成为稳定激光器工作状态、提升光电效率的关键因素。
传统的准连续阵列激光泵源的制备方法是：将热沉进行机械加工后通过磨抛、电镀与检验工艺实现低粗糙度，将um量级厚度的bar条烧结于其上，再与瓷片焊接。但这种方法会出现bar条厚度与热沉高度不一致，进而导致bar条与瓷片之间存在空气空洞，影响了bar条散热，导致散热效率较低，从而限制了准连续阵列激光泵源向更高功率的发展。
发明内容
本发明实施例提供了一种准连续阵列激光泵源及其制备方法，以解决现有的准连续阵列激光泵源散热效率低的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种准连续阵列激光泵源的制备方法，包括：在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片的侧面与对应的激光器芯片的侧面均接触，得到第一样品；
将所述第一样品的下表面烧结于瓷片上表面，得到准连续阵列激光泵源；所述激光器芯片的发光上表面远离所述瓷片上表面；
对所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向所述准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料；
填充完毕后，对所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。
在一种可能的实现方式中，在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片时，每个激光器芯片的发光上表面与相邻两个热沉片的上表面在同一水平面上。
在一种可能的实现方式中，所述对所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，包括：
利用滤纸将所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面封闭。
在一种可能的实现方式中，所述导热材料包括：碳纳米管粉末、石墨烯流体或者石墨烯液体。
在一种可能的实现方式中，对所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，进行热固化处理，包括：
利用热固性胶将所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面封堵并固化。
在一种可能的实现方式中，所述热沉片包括钨铜热沉片或者碳化硅热沉片。
在一种可能的实现方式中，所述瓷片包括氮化铝瓷片或者氧化铝瓷片。
在一种可能的实现方式中，所述热固性胶包括UV胶。
第二方面，本发明实施例提供了一种准连续阵列激光泵源，所述准连续阵列激光泵源包括：热沉片、激光器芯片、瓷片、热固性胶以及导热材料；
每相邻两个热沉片之间分别接触连接一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面为上表面；
所有热沉片的下表面与所述瓷片的上表面连接；
所述热固性胶分别设置于每两个相邻热沉片之间形成的两端面，以及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面上；
所述导热材料分别设置于由每个激光器芯片、与其相邻的两个热沉片、所述瓷片和所述热固性胶构成的自由空间中。
在一种可能的实现方式中，每个激光器芯片的发光上表面与相邻两个热沉片的上表面在同一水平面上。
本发明实施例提供一种准连续阵列激光泵源及其制备方法，该制备方法通过在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片的侧面与对应的激光器芯片的侧面均接触，得到第一样品；将第一样品的下表面烧结于瓷片上表面，得到准连续阵列激光泵源；对准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料；填充完毕后，对准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。其中，通过在由热沉片、激光器芯片、瓷片、以及进行热固化处理的两端面及平面所构成的自由空间中填充导热材料，使得激光器芯片产生的热量可通过与其接触的热沉以及导热材料耗散，可以有效提升准连续阵列激光泵源的热耗散效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源的制备方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源在俯视方向的剖面图；
图4是本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源在主视方向的剖面图；
图5是本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源在左视方向的剖面图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述：
图1为本发明实施例提供的一种准连续阵列激光泵源的制备方法的实现流程图，详述如下：
步骤101，在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片的侧面与对应的激光器芯片的侧面均接触，得到第一样品。
可选的，可以利用金锡焊料(例如，Au80Sn)在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片。
具体参见图2、图3、图4和图5，烧结位置处的热沉片21的侧面与对应的激光器芯片22的侧面均接触。激光器芯片22通常为长条形芯片，在烧结激光器芯片22时，可以将激光器芯片22长度方向的侧面与热沉片21的侧面接触烧结，以增加散热接触面积。图2-5仅作为示例性附图，并不对激光器芯片22数量以及热沉片21数量进行具体限定。
可选的，在每相邻两个热沉片21之间分别烧结一个激光器芯片22时，每个激光器芯片22的发光上表面与相邻两个热沉片21的上表面在同一水平面上。
为避免热沉片21遮挡激光发射路径，在烧结激光器芯片22时，可以将激光器芯片22的发光上表面与相邻两个热沉片21的上表面设置在同一水平面上。
可选的，热沉片21可以包括钨铜热沉片或者碳化硅热沉片。热沉片21也可以是其他高导热、可焊接材料，本发明实施例对此不作具体限定。
步骤102，将第一样品的下表面烧结于瓷片23上表面，得到准连续阵列激光泵源；激光器芯片22的发光上表面远离瓷片23上表面。
将激光器芯片22的发光面作为第一样品的上表面，将第一样品的下表面烧结于瓷片23上表面得到准连续阵列激光泵源。
可选的，瓷片23可以包括氮化铝瓷片或者氧化铝瓷片。
步骤103，对准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料24。
参见图3，为实现更好的散热效果，热沉片21的长度通常会大于激光器芯片22的长度。这里的“与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面”实际上是指：第一样品上表面中未被激光器芯片22遮挡的其余裸露平面。
可选的，对准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片22的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，包括：
利用滤纸将准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片22的发光上表面两侧连接的裸露平面封闭。
利用滤纸封闭准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片22的发光上表面两侧连接的裸露平面，以便于从另一端面向由热沉片21、激光器芯片22、瓷片23和滤纸构成的自由空间中填充导热材料24。
可选的，导热材料24包括：碳纳米管粉末、石墨烯流体或者石墨烯液体。
实际应用中，可以利用直径小于百微米量级的喷枪将碳纳米管粉末吹入由热沉片、激光器芯片、瓷片和滤纸构成的自由空间中；或者也可以利用滴管将石墨烯流体或者石墨烯液体滴入该自由空间中。
步骤104，填充完毕后，对准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。
可选的，对准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，包括：
利用热固性胶25将准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面封堵并固化。
由热沉片21、激光器芯片22、瓷片23和滤纸构成的所有自由空间内均充满导热材料24，即为填充完毕。填充完毕后，利用热固性胶25将准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面进行封堵固化。得到最终的准连续阵列激光泵源。
可选的，热固性胶25可以包括UV胶。
本发明实施例通过在每相邻两个热沉片21之间分别烧结一个激光器芯片22，且激光器芯片22的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片21的侧面与对应的激光器芯片22的侧面均接触，得到第一样品；将第一样品的下表面烧结于瓷片23上表面，得到准连续阵列激光泵源；对准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片22的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料24；填充完毕后，对准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。其中，通过在由热沉片21、激光器芯片22、瓷片23、以及进行热固化处理的两端面及平面所构成的自由空间中填充导热材料24，使得激光器芯片22产生的热量可通过与其接触的热沉21以及导热材料24耗散，可以有效提升准连续阵列激光泵源的热耗散效率；并且，碳纳米管粉末、石墨烯流体或者石墨烯液体的电阻率较大，可以有效降低击穿短路概率；同时，在填充导热材料24时可以利用窄口径喷枪或滴管进行填充，由于准连续阵列激光泵源的发光面位于上表面，而导热材料24均填充在激光器芯片22下方，使用窄口径喷枪或滴管填充导热材料24时，不会污染发光面，成品率更高。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，图2示出了本发明实施例提供准连续阵列激光泵源的结构示意图。图3-图5分别示出了本发明实施例提供的准连续阵列激光泵源在各个方向上的剖面图。
该准连续阵列激光泵源包括：热沉片21、激光器芯片22、瓷片23、热固性胶25以及导热材料24。
每相邻两个热沉片21之间分别接触连接一个激光器芯片22，且激光器芯片22的发光面为上表面；
所有热沉片21的下表面与瓷片23的上表面连接；
热固性胶25分别设置于每两个相邻热沉片21之间形成的两端面，以及与所有激光器芯片22的发光上表面两侧连接的裸露平面上；
导热材料24分别设置于由每个激光器芯片22、与其相邻的两个热沉片21、瓷片23和热固性胶25构成的自由空间中。
可选的，每个激光器芯片22的发光上表面与相邻两个热沉片21的上表面在同一水平面上。
本发明实施例中的准连续阵列激光泵源的有益效果在于：
1、散热效率高。相比于现有技术中激光器芯片与瓷片之间存在空气空洞的技术方案，本发明实施例将导热材料24设置于由热沉片21、激光器芯片22、瓷片23和热固性胶25构成的自由空间中，激光器芯片22产生的热量可通过与其接触的热沉21以及导热材料24耗散，可以有效提升准连续阵列激光泵源的热耗散效率；
2、击穿短路概率低。碳纳米管粉末、石墨烯流体或者石墨烯液体的电阻率较大，可以有效降低击穿短路概率；
3、不会污染发光面。由于准连续阵列激光泵源的发光面位于上表面，而导热材料24均填充在激光器芯片22下方，不会污染发光面，成品率更高。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，包括：
在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面作为上表面，烧结位置处的热沉片的侧面与对应的激光器芯片的侧面均接触，得到第一样品；
将所述第一样品的下表面烧结于瓷片上表面，得到准连续阵列激光泵源；所述激光器芯片的发光上表面远离所述瓷片上表面；
对所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，向所述准连续阵列激光泵源另一端面中填充导热材料；
填充完毕后，对所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，得到最终的准连续阵列激光泵源。
2.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，在每相邻两个热沉片之间分别烧结一个激光器芯片时，每个激光器芯片的发光上表面与相邻两个热沉片的上表面在同一水平面上。
3.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，所述对所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面，进行水密处理，包括：
利用滤纸将所述准连续阵列激光泵源的一端面及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面封闭。
4.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，所述导热材料包括：碳纳米管粉末、石墨烯流体或者石墨烯液体。
5.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，对所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面，进行热固化处理，进行热固化处理，包括：
利用热固性胶将所述准连续阵列激光泵源的两端面及所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的进行水密处理的平面封堵并固化。
6.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，所述热沉片包括钨铜热沉片或者碳化硅热沉片。
7.如权利要求1所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，所述瓷片包括氮化铝瓷片或者氧化铝瓷片。
8.如权利要求5所述的准连续阵列激光泵源的制备方法，其特征在于，所述热固性胶包括UV胶。
9.一种准连续阵列激光泵源，其特征在于，根据上述权利要求1-8所述的准连续阵列激光泵源的制备方法制备得到，所述准连续阵列激光泵源包括：热沉片、激光器芯片、瓷片、热固性胶以及导热材料；
每相邻两个热沉片之间分别接触连接一个激光器芯片，且激光器芯片的发光面为上表面；
所有热沉片的下表面与所述瓷片的上表面连接；
所述热固性胶分别设置于每两个相邻热沉片之间形成的两端面，以及与所有激光器芯片的发光上表面两侧连接的裸露平面上；
所述导热材料分别设置于由每个激光器芯片、与其相邻的两个热沉片、所述瓷片和所述热固性胶构成的自由空间中。
10.如权利要求9所述的准连续阵列激光泵源，其特征在于，每个激光器芯片的发光上表面与相邻两个热沉片的上表面在同一水平面上。
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