CN116365354A - 一种方形半导体激光器叠阵系统及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方形半导体激光器叠阵系统及其装配方法，属于半导体激光器叠阵封装技术领域。系统包括半导体激光器侧泵单元，半导体激光器侧泵单元组合为叠阵系统，半导体激光器侧泵单元包括方形热沉、次级热沉和半导体激光器，方形热沉内设置有凹槽，凹槽内设置有次级热沉，次级热沉上设置有半导体激光器。本发明利用巴条波长随温度的变化关系，在室温下筛选具有梯度波长的巴条进行半导体激光器叠阵封装，再根据具体的应用需求将其装配成叠阵系统，使叠阵系统的泵浦效率、灵活性和稳定性显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种方形半导体激光器叠阵系统及其装配方法，属于半导体激光器叠阵封装技术领域。
背景技术
半导体激光器叠阵具有体积小、效率高、可靠性高等优点，已经广泛地应用于Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG等常见固体激光器的泵浦领域，Nd:YAG、Nd:YVO4等晶体在808nm达到吸收峰值，Yb:YAG晶体在940nm达到吸收峰值，Tm:YAG晶体在783nm达到吸收峰值；YAG晶体、YVO4晶体作为增益介质，产生1030nm-1064nm的激光，广泛应用与医疗、材料加工、军事等领域，通常晶体的尺寸较小，吸收带宽较窄，约为3nm，对泵源的波长要求、体积要求及可靠性要求较高，若泵源分布不均匀，会导致泵浦效率降低。
侧面泵浦指的是泵源围绕晶体棒一周提供稳定的光源，常见的有正三角、正五角、正七角等分布于晶体棒周围的结构，中国专利CN102570267A和CN101834402B所公开的半导体激光器侧泵模块，均采用了上述结构。随着全固态激光器在工业、医疗、军事等领域的应用需求越来越多，这对半导体激光器泵浦源也提出了更高的要求。
此外，传统侧泵模块的半导体激光器只能满足单一的泵浦需求，在多需求的应用中缺少灵活性，不利于模块的产业化，后期维护更换也较为复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种方形半导体激光器叠阵系统，利用巴条波长随温度的变化关系，在室温下筛选具有梯度波长的巴条进行半导体激光器叠阵封装，再根据具体的应用需求将其装配成叠阵系统。
本发明还提供上述方形半导体激光器叠阵系统的装配方法。
术语解释：
晶体：常见的用于固体激光器的Nd:YAG、Nd:YVO4、Yb:YAG、Tm:YAG晶体，通常为圆柱状。
吸收峰值：指晶体在某一吸收波段达到转换效率的最高点。
激光巴条：用于封装半导体激光器泵源的激光芯片。
本发明的技术方案如下：
一种方形半导体激光器叠阵系统，包括半导体激光器侧泵单元，半导体激光器侧泵单元组合为叠阵系统，半导体激光器侧泵单元包括方形热沉、次级热沉和半导体激光器，方形热沉内设置有凹槽，凹槽内设置有次级热沉，次级热沉上设置有半导体激光器。
优选的，凹槽为多边形凹槽，多边形凹槽内壁上均布设置有次级热沉。
优选的，半导体激光器包括激光巴条、钨铜热沉、电极压片、电极片、绝缘片和热沉底座，热沉底座两侧分别设置有电极片，热沉底座顶端均布设置有钨铜热沉，钨铜热沉和电极片与热沉底座之间均设置有绝缘片，钨铜热沉之间设置有激光巴条，电极片上设置有电极压片，通过电极压片为激光巴条供电。
进一步优选的，电极片上设置有固定孔，相邻半导体激光器之间在固定孔上固定安装连接电极，通过连接电极实现半导体激光器的通电连接。
优选的，方形热沉一侧设置有电极槽，电极槽内设置有通电电极，通电电极为L型，通过电极槽内放置通电电极，实现叠加的半导体激光器通电。
优选的，凹槽边侧外的方形热沉上均设置有通水孔，保证良好的散热性。
优选的，方形热沉两侧设置有拆卸槽，方形热沉四角分别设置有安装孔，方便多个半导体激光器侧泵单元的组合拆卸。
上述方形半导体激光器叠阵系统的装配方法，操作步骤如下：
(1)在室温下筛选具有梯度波长的激光巴条，然后热沉底座两侧分别设置电极片，热沉底座顶端均布设置钨铜热沉，钨铜热沉和电极片与热沉底座之间均设置绝缘片，钨铜热沉之间安装激光巴条，电极片上设置电极压片，组成半导体激光器；
(2)将半导体激光器安装于次级热沉，次级热沉安装于方形热沉的凹槽内，然后方形热沉叠加组合为叠阵系统，方形热沉的叠加组合数量可根据功率需求调整；
(3)通水孔连接厂务冷却水，通电电极依次连接通电，进行侧面泵浦。
优选的，步骤(1)中，激光巴条的筛选要求为，温度每升1℃激光巴条波长上升0.3nm，筛选出符合要求的激光巴条。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用巴条波长随温度的变化关系，在室温下筛选具有梯度波长的巴条进行半导体激光器叠阵封装，再根据具体的应用需求将其装配成叠阵系统，使叠阵系统的泵浦效率、灵活性和稳定性显著提高。
2、本发明凹槽边侧外的方形热沉上均设置有通水孔，保证良好的散热性，而且凹槽内分开固定有多个次级热沉，方便后期维修。
3、本发明的方形热沉两侧设置有拆卸槽，方形热沉四角分别设置有固定孔，方便多个半导体激光器侧泵单元的组合拆卸。
附图说明
图1为本发明的半导体激光器侧泵单元背面结构示意图。
图2为本发明的半导体激光器侧泵单元正面结构示意图。
图3为本发明的方形热沉结构示意图；
图4为本发明的半导体激光器结构示意图。
其中，1-半导体激光器，2-次级热沉，3-通电电极，4-安装孔，5-定位孔，6-通水孔，7-凹槽，8-拆卸槽，9-激光巴条，10-钨铜热沉，11-电极压片，12-电极片，13-绝缘片，14-热沉底座，15-连接电极，16-固定孔，17-方形热沉，18-电极槽。
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1-4所示，本实施例提供一种方形半导体激光器叠阵系统，包括半导体激光器侧泵单元，半导体激光器侧泵单元组合为叠阵系统，半导体激光器侧泵单元包括方形热沉17、次级热沉2和半导体激光器1，方形热沉17内设置有凹槽7，凹槽7内设置有次级热沉2，次级热沉2底部放置焊片，通过焊接加螺栓的方式固定于凹槽7内，次级热沉2上设置有半导体激光器1。
凹槽7为五边形凹槽，五边形凹槽内壁上均布设置有次级热沉2。
半导体激光器1包括激光巴条9、钨铜热沉10、电极压片11、电极片12、绝缘片13和热沉底座14，热沉底座14两侧分别设置有电极片12，热沉底座14顶端均布设置有钨铜热沉10，钨铜热沉10和电极片12与热沉底座14之间均设置有绝缘片13，钨铜热沉14之间设置有激光巴条9，电极片12上设置有电极压片11，通过电极压片11为激光巴条供电。
方形热沉17一侧设置有电极槽18，电极槽18内设置有通电电极3，通电电极为L型，通过电极槽内放置通电电极，实现叠加的半导体激光器通电。
凹槽7边侧外的方形热沉17上设置有4组通水孔6，共计20个通水孔，保证良好的散热性。
上述方形半导体激光器叠阵系统的装配方法，操作步骤如下：
(1)在室温下筛选具有梯度波长的激光巴条，然后热沉底座两侧分别设置电极片，热沉底座顶端均布设置钨铜热沉，钨铜热沉和电极片与热沉底座之间均设置绝缘片，钨铜热沉之间安装激光巴条，电极片上设置电极压片，组成半导体激光器；
(2)将半导体激光器安装于次级热沉，次级热沉安装于方形热沉的凹槽内，然后方形热沉叠加组合为叠阵系统，方形热沉的叠加组合数量可根据功率需求调整；
(3)通水孔连接厂务冷却水，通电电极依次连接通电，进行侧面泵浦。
实施例2
一种方形半导体激光器叠阵系统，结构如实施例1所述，不同之处在于，电极片12上设置有固定孔16，相邻半导体激光器1之间在固定孔16上固定安装连接电极15，通过连接电极15实现半导体激光器的通电连接。
实施例3
一种方形半导体激光器叠阵系统，结构如实施例1所述，不同之处在于，方形热沉17两侧设置有拆卸槽8，方形热沉17四角分别设置有安装孔4，方便多个半导体激光器侧泵单元的组合拆卸，安装孔4两侧设置有定位孔，方便多个半导体激光器叠合组装定位。凹槽7为六边形凹槽。
实施例4
一种方形半导体激光器叠阵系统的装配方法，操作步骤如实施例1所述，不同之处在于，步骤(1)中，激光巴条的筛选要求为，温度每升1℃激光巴条波长上升0.3nm，筛选出符合要求的激光巴条。
Claims (9)
1.一种方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，包括半导体激光器侧泵单元，半导体激光器侧泵单元组合为叠阵系统，半导体激光器侧泵单元包括方形热沉、次级热沉和半导体激光器，方形热沉内设置有凹槽，凹槽内设置有次级热沉，次级热沉上设置有半导体激光器。
2.如权利要求1所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，凹槽为多边形凹槽，多边形凹槽内壁上均布设置有次级热沉。
3.如权利要求2所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，半导体激光器包括激光巴条、钨铜热沉、电极压片、电极片、绝缘片和热沉底座，热沉底座两侧分别设置有电极片，热沉底座顶端均布设置有钨铜热沉，钨铜热沉和电极片与热沉底座之间均设置有绝缘片，钨铜热沉之间设置有激光巴条，电极片上设置有电极压片。
4.如权利要求3所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，电极片上设置有固定孔，相邻半导体激光器之间在固定孔上固定安装连接电极。
5.如权利要求4所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，方形热沉一侧设置有电极槽，电极槽内设置有通电电极，通电电极为L型。
6.如权利要求5所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，凹槽边侧外的方形热沉上均设置有通水孔。
7.如权利要求1所述的方形半导体激光器叠阵系统，其特征在于，方形热沉两侧设置有拆卸槽，方形热沉四角分别设置有安装孔。
8.一种如权利要求6所述的方形半导体激光器叠阵系统的装配方法，其特征在于，操作步骤如下：
(1)在室温下筛选具有梯度波长的激光巴条，然后热沉底座两侧分别设置电极片，热沉底座顶端均布设置钨铜热沉，钨铜热沉和电极片与热沉底座之间均设置绝缘片，钨铜热沉之间安装激光巴条，电极片上设置电极压片，组成半导体激光器；
(2)将半导体激光器安装于次级热沉，次级热沉安装于方形热沉的凹槽内，然后方形热沉叠加组合为叠阵系统；
(3)通水孔连接厂务冷却水，通电电极依次连接通电，进行侧面泵浦。
9.如权利要求8所述的方形半导体激光器叠阵系统的装配方法，其特征在于，步骤(1)中，激光巴条的筛选要求为，温度每升1℃激光巴条波长上升0.3nm，筛选出符合要求的激光巴条。
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