CN117791295A - 半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及激光器技术领域，特别涉及一种半导体激光器，包括壳体、半导体激光芯片及半导体制冷片，壳体包括安装板，激光芯片位于壳体内，并设置于安装板的内侧，半导体制冷片位于壳体外，并设置于安装板的外侧，安装板的外侧设有若干导流槽，半导体激光器还包括若干冷凝胶，每个冷凝胶设置于一个导流槽，并与半导体制冷片接触，用于吸收所述壳体凝结的冷凝水。由于半导体制冷片与壳体的安装板接触，以使安装板的温度较低，空气中的水蒸气与安装板接触时，水蒸气会液化凝结成冷凝水。位于导流槽中的冷凝胶能够吸收冷凝水，从而减少壳体上的电极短路或者输出窗口产生雾气的情况发生。

Description

半导体激光器

技术领域

本申请涉及激光器技术领域，特别涉及一种半导体激光器。

背景技术

半导体激光器是用半导体材料作为激光芯片的激光器。激光芯片在工作时会产生大量的热量，为了保持激光芯片稳定工作，需要及时将热量散去。在相关技术中，会采用半导体制冷片的冷面与半导体激光器的壳体接触，以对壳体降温，从而散去激光芯片的热量。然而半导体制冷片制冷强度过大，容易导致壳体的温度过低，空气中的水蒸气容易凝结在壳体上，这容易导致半导体激光器的电极短路或者输出窗口上出现水汽，影响半导体激光器的正常使用。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够处理冷凝水的半导体激光器。

本申请提供一种半导体激光器，包括壳体、半导体激光芯片及半导体制冷片，所述壳体包括安装板，所述激光芯片位于所述壳体内，并设置于所述安装板的内侧，所述半导体制冷片位于所述壳体外，并设置于所述安装板的外侧，所述安装板的外侧设有若干导流槽，所述半导体激光器还包括若干冷凝胶，每个所述冷凝胶设置于一个所述导流槽，并与所述半导体制冷片接触，用于吸收所述壳体凝结的冷凝水。

上述的半导体激光器中，由于半导体制冷片与壳体的安装板接触，以使安装板的温度较低，空气中的水蒸气与安装板接触时，水蒸气会液化凝结成冷凝水。位于导流槽中的冷凝胶能够吸收冷凝水，从而减少壳体上的电极短路或者输出窗口产生雾气的情况发生，进一步地，当未启动半导体制冷片，安装板的温度上升时，冷凝胶内的水分能够蒸发制冷，从而降低安装板的温度，以使安装板的温度保持在适当的状态。

在一种可能的实现方式中，所述半导体激光器还包括散热组件，所述散热组件围绕所述壳体及所述半导体制冷片设置；所述安装板的外侧还设有连接槽，所述连接槽与若干所述导流槽连通，且所述连接槽位于所述导流槽靠近输出端的一端，所述连接槽用于引导所述导流槽中的冷凝水至所述散热组件。

在一种可能的实现方式中，所述散热组件包括第一散热部、第二散热部以及连接板。所述第一散热部设置于所述安装板的外侧。所述第二散热部设置于所述壳体远离所述第一散热部的一侧。所述连接板设置于所述第一散热部与所述第二散热部之间，以使所述第一散热部、所述第二散热部以及所述连接板围绕所述壳体以及所述半导体制冷片设置。

在一种可能的实现方式中，在平行所述半导体制冷片的投影面，所述连接槽以及所述导流槽的投影位于所述半导体制冷片的投影内。

在一种可能的实现方式中，所述连接槽朝靠近所述连接板方向，呈倾斜向下设置。

在一种可能的实现方式中，所述连接板设有相连通的主气路以及支路，所述主气路用于输送气流以对工件吹气，所述支路与连接槽，用于引导所述连接槽的冷凝水流至支路。

在一种可能的实现方式中，所述半导体激光器还包括喷嘴组件，所述喷嘴组件设置于所述所述壳体的输出端，所述喷嘴组件设有用于通过激光的通孔以及与所述通孔连通的连接孔，所述连接孔与所述主气路连通。

在一种可能的实现方式中，所述喷嘴组件包括连接块及喷嘴，所述连接块设置于所述壳体的输出端处，所述喷嘴设置于所述连接块远离所述壳体的一端，所述通孔贯穿所述连接块以及所述喷嘴，所述连接孔位于所述连接块。

在一种可能的实现方式中，所述连接块还设有与所述连接孔连通的水槽，所述冷凝水依次经过所述导流槽、所述连接槽、所述支路、所述主气路及所述连接孔并流向所述水槽。

,在一种可能的实现方式中，所述散热组件还包括第一散热风扇以及第二散热风扇，所述第一散热部设有第一安装槽，所述第一散热风扇设置于所述第一安装槽，所述第二散热部设有第二安装槽，所述第二散热风扇设置于所述第二安装槽。

上述半导体激光器中，通过设置半导体制冷片对壳体降温。设置导流槽以及冷凝胶吸收壳体产生的冷凝水，从而减少半导体激光器出现短路、输出窗口雾化的情况发生，有利于提升半导体激光器使用稳定性。设置连接槽以及支路，能够将多余的冷凝水引导至主气路中，并在气流的作用下带动至水槽中。既能够对第一散热部降温，又能够处理多余的冷凝水。

附图说明

图1是本申请一实施例中半导体激光器的立体结构图。

图2是图1中半导体激光器的分解图。

图3是本申请包括外壳的半导体激光器的立体结构图。

图4是图3中半导体激光器的分解图。

图5是图4中壳体、喷嘴组件以及散热组件的立体结构图。

图6是图1中部分半导体激光器的侧视示意图。

图7是图5中壳体、喷嘴组件以及部分散热组件的立体结构图。

主要元件符号说明：

100、半导体激光器；

10、壳体；11、安装板；111、导流槽；112、连接槽；12、侧板；13、盖板；101、输出窗口；

20、激光芯片；30、半导体制冷片；

40、外壳；41、壳主体；42、导风板；421、导风口；422、接口；

50、冷凝胶；

60、散热组件；61、第一散热部；611、第一散热板；612、第一翅片；613、第一安装槽；62、第二散热部；621、第二散热板；622、第二翅片；623、第二安装槽；63、连接板；631、主气路；632、支路；64、第一散热风扇；65、第二散热风扇；

70、喷嘴组件；71、连接块；711、连接孔；712、水槽；72、喷嘴；721、通孔；

80、电路板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1和图2，本实施例提供一种半导体激光器100，半导体激光器100包括壳体10以及激光芯片20，激光芯片20设置于壳体10内，激光芯片20产生的激光能够从壳体10的输出窗口101上输出。半导体激光器100还包括准直镜、反射镜、合束器、聚焦透镜等光学元件，此类光学元件均位于壳体10内，并在激光芯片20输出的激光的光路上，以使激光芯片20输出的激光能够经过准直、反射、合束、聚焦等步骤后从输出窗口101输出。

壳体10包括安装板11、侧板12以及盖板13，侧板12的数量为四块，并围绕安装板11设置，以形成壳体10的内腔，盖板13盖合于侧板12远离安装板11的一侧，以将内腔闭合。安装板11具有相对的内侧以及外侧，其中内侧位于内腔中，激光芯片20以及各类光学元件均设置于安装板11的内侧。

在一些实施例中，安装板11的内侧形成有台阶结构，激光芯片20设置于台阶结构上，以使各个激光芯片20的高度不同，从而激光芯片20所输出的激光不会射在另一个激光芯片20上。在其他一些实施例中，安装板11的内侧也可以不形成台阶结构，在此并不限定。

可选地，壳体10具有长度方向、宽度方向以及厚度方向，长度方向、宽度方向以及厚度方向两两相互垂直，长度方向与激光输出方向一致，壳体10的一端具有输出窗口101，该端为壳体10的输出端，激光从输出端输出。

在一些实施例中，半导体激光器100还包括半导体制冷片30，半导体制冷片30设置于安装板11的外侧，并且半导体制冷片30的冷面与安装板11的外侧接触，用于对安装板11进行降温。激光芯片20设置于安装板11的内侧，激光芯片20产生的热量主要传导至安装板11，通过半导体制冷片30对安装板11降温，以便于让激光芯片20保持适当的温度。

安装板11的外侧设有若干导流槽111，半导体激光器100还包括若干冷凝胶50，每个冷凝胶50设置于一个导流槽111中，以使冷凝胶50与安装板11的外侧大致位于同一平面上。由于半导体制冷片30与壳体10的安装板11接触，以使安装板11的温度较低，空气中的水蒸气与安装板11接触时，水蒸气会液化凝结成冷凝水。位于导流槽111中的冷凝胶50能够吸收冷凝水，从而减少壳体10上的电极短路或者输出窗口101产生雾气的情况发生，进一步地，当未启动半导体制冷片30，安装板11的温度上升时，冷凝胶50内的水分能够蒸发制冷，从而降低安装板11的温度，以使安装板11的温度保持在适当的状态。

在一些实施例中，若干导流槽111具有长度方向，若干导流槽111的长度方向与壳体10的长度方向平行，若干导流槽111沿壳体10的宽度方向间隔设置。可以理解的是，在其他一些实施例中，导流槽111的长度方向也可以与壳体10的宽度方向平行，或者相对于壳体10的长度方向倾斜。

请参阅图3、图4和图5，在一些实施例中，半导体激光器100还包括外壳40，壳体10、半导体制冷片30以及冷凝胶50均位于外壳40内。外壳40用于保护半导体制冷片30以及冷凝胶50，减少灰尘等杂质与半导体制冷片30以及冷凝胶50接触的情况发生。

在一些实施例中，半导体激光器100还包括散热组件60，散热组件60位于外壳40内，且散热组件60围绕壳体10以及半导体制冷片30设置，半导体制冷片30以及壳体10均与散热组件60接触，通过散热组件60将热量散去。

请参阅图2、图6和图7，安装板11的外侧还设有连接槽112，连接槽112与若干导流槽111连通，连接槽112位于导流槽111靠近输出端的一端，其中，连接槽112具有长度方向，连接槽112的长度方向大致与输出激光的方向垂直，以使连接槽112能够与若干导流槽111连通。连接槽112沿长度方向的至少一端贯穿安装板11，以使导流槽111中的冷凝水能够通过连接槽112引导至散热组件60。

冷凝胶50能够吸附大部分的冷凝水，剩余少部分的冷凝水可以通过连接槽112流向散热组件60，既能够对散热组件60降温，又能够解决多余的冷凝水。

半导体激光器100可用于切割、雕刻、焊接等领域中，当应用于上述领域时，半导体激光器100的工作状态通常呈竖直设置，并且激光的输出方向向下，以使输出的激光能够聚焦于位于半导体激光器100下方的工件上。导流槽111的长度方向与激光输出方向一致，从而冷凝水在重力的作用下能够沿导流槽111的长度方向向下流动，并流向与导流槽111连通的连接槽112。连接槽112将导流槽111中的冷凝水收集，并引导至散热组件60。

请参阅图6，可选地，连接槽112的长度方向呈倾斜设置，以使通过导流槽111汇聚到连接槽112中的冷凝水能够在呈倾斜的连接槽112的引导下流向散热组件60。

请参阅图5和图7，在一些实施例中，散热组件60包括第一散热部61、第二散热部62以及连接板63，第一散热部61以及第二散热部62呈间隔设置，第一散热部61设置于安装板11的外侧，第二散热部62设置于壳体10远离第一散热部61的一侧，也即盖板13上。连接板63设置于第一散热部61与第二散热部62之间，以使第一散热部61、第二散热部62以及连接板63围绕壳体10以及半导体制冷片30设置。

可选地，连接槽112朝靠近连接板63方向，呈倾斜向下设置，以使位于连接槽112中的冷凝水能够在重力的作用下引导至连接板63上，以实现对散热组件60降温。需要说明的是，连接槽112并不限于全部设置在安装板11的外侧，例如还可以是设置在安装板11的外侧以及侧板12的外侧上，以使连接槽112上的冷凝水能够引导至第一散热部61或者第二散热部62。由于第一散热部61以及第二散热部62与壳体10接触，相对来说温度更高，连接槽112将冷凝水引导至第一散热部61或者第二散热部62，能够提升散热组件60的降温效果。

在一些实施例中，沿平行半导体制冷片30的投影面上，连接槽112以及导流槽111的投影位于半导体制冷片30的投影面内，也即半导体制冷片30与安装板11配合，从而将导流槽111以及连接槽112闭合，仅在连接槽112处留有一个开口，以便于冷凝水统一从连接槽112的开口流出。

请参阅图7，在一些实施例中，散热组件60设有主气路631，主气路631与激光输出方向大致平行，并且贯穿散热组件60的相对两端，主气路631可以与外部气管连通，气管的气流经过主气路631后能够流向外壳40外，并吹向工件，以便于吹散加工工件时产生的烟雾。

在对工件进行焊接、雕刻等操作时会产生较多的烟雾，通过气流以将烟雾吹散，以减少烟烟雾附着在输出窗口101，影响激光质量的情况发生。进一步地，由于主气路631位于散热组件60上，气流经过主气路631能够对散热组件60降温，以便于降低散热组件60的温度。可选地，外壳40远离输出端的一端设有接口422，接口422与主气路631连通，气管与接口422可拆卸连接，气管中的气流通过接口422进入主气路631中。可选地，主气路631位于散热组件60的连接板63上。

请继续参阅图7，在一些实施例中，散热组件60还设有支路632，支路632与主气路631以及连接槽112连通，从而导流槽111中的冷凝水能够依次经过连接槽112、支路632并流向主气路631中，冷凝水在支路632以及主气路631时能够对散热组件60降温，并且冷凝水在主气路631时，能够在气流的作用下移动，以增加冷凝水与散热组件60的接触面积，进一步地，气流能够增加冷凝水的蒸发效率，缩短冷凝水残留的时间，提升散热组件60的降温效果。

可选地，支路632位于连接槽112与主气路631之间，当半导体激光器100处于工作状态时，朝靠近主气路631方向，支路632呈向下倾斜设置，以使冷凝液流入支路632后，在重力的作用下流向主气路631。

在一些实施例中，半导体激光器100还包括喷嘴组件70，喷嘴组件70与外壳40连接，并且喷嘴组件70位于壳体10靠近输出端的一端。喷嘴72设有通孔721，通孔721与输出窗口101正对，激光经过输出窗口101后从通孔721射出。喷嘴组件70还设有连接孔711，连接孔711与主气路631以及通孔721连通，以使气流能够依次经过外部气管、主气路631、连接孔711并从通孔721排出，从而实现对工件吹气。

在一些实施例中，喷嘴组件70包括连接块71以及喷嘴72，连接块71设置于壳体10的输出端处，也即位于壳体10的下方，喷嘴72设置于连接块71远离壳体10的一端，也即连接块71的下方。通孔721贯穿连接块71以及喷嘴72，以使激光能够从喷嘴72射出。连接孔711位于连接块71，通过连接块71将气流引导至气嘴处，以便于将烟雾吹散。

可选地，连接孔711具有竖直部分以及水平部分，竖直部分与水平部分连通，以使连接孔711的形状大致为L形，竖直部分与主气路631连通，水平部分与通孔721连通，通孔721呈竖直设置。主气路631的气流依次经过竖直部分、水平部分并从通孔721排出。

在一些实施例中，连接块71还设有水槽712，水槽712与连接孔711连通，冷凝水依次经过导流槽111、连接槽112、支路632、主气路631以及连接孔711并流向水槽712。从而减少出现冷凝水留至通孔721处，影响激光对工件加工的情况发生。可选地，水槽712位于连接孔711中竖直部分的下方，竖直部分与水平部分垂直，以使竖直部分的冷凝水流动至水槽712。

请参阅图5，第一散热部61包括第一散热板611以及若干第一翅片612，第一散热板611设置于安装板11的外侧，若干第一翅片612呈间隔排布设置于第一散热板611远离安装板11的一侧。

第二散热部62包括第二散热板621以及若干第二翅片622，第二散热板621设置于盖板13的外侧，若干第二翅片622间隔排布设置于第二散热板621远离盖板13的一侧。可选地，第一散热部61的结构与第二散热部62的结构一致。

在一些实施例中，第一散热部61设有第一安装槽613，散热组件60还包括第一散热风扇64，第一散热风扇64设置于第一安装槽613，用于散去第一散热部61的热量。可选地，第一安装槽613位于第一散热板611设有第一翅片612的一侧，通过控制第一翅片612的长度，从而形成第一安装槽613。

第二散热部62设有第二安装槽623，散热组件60还包括第二散热风扇65，第二散热风扇65位于第二安装槽623。第二安装槽623位于第二安装板11设有第二翅片622的一侧。

在一些实施例中，外壳40包括壳主体41以及两个导风板42，壳主体41由四个挡板围合形成，壳主体41的内腔沿激光方向贯穿壳主体41，一个导风板42设置于壳主体41的一端，另一个导风板42设置于壳体10的另一端，以将壳主体41的内腔闭合。壳体10、冷凝胶50、半导体制冷片30以及散热组件60位于壳主体41的内腔。

第一散热风扇64以及第二散热风扇65产生的气流能够依次经过一个导风板42、对应的第一翅片612或者第二翅片622，然后从另一个导风板42排出，从而对第一翅片612以及第二翅片622散热。可选地，两个导风板42对应设有导风口421，导风口421的位置与第一翅片612以及第二翅片622的位置对应。

请参阅图4和图5，在一些实施例中，半导体激光器100还包括电路板80，电路板80位于壳主体41的内腔，并与连接板63以及壳体10正对，外部气流通过第一个导风板42进入壳主体41时，能够经过电路板80，以对电路板80降温，另外，电路板80还作为挡风板，能够阻挡气流流向壳体10，以使气流主要流向第一翅片612以及第二翅片622，有利于提升第一翅片612以及第二翅片622的散热效率，另外能够减少气流流动至壳体10，导致壳体10上的冷凝水难以流向导流槽111或者连接槽112的情况发生。

综上所述，本申请实施例的半导体激光器100中，通过设置半导体制冷片30对壳体10降温。设置导流槽111以及冷凝胶50吸收壳体10产生的冷凝水，从而减少半导体激光器100出现短路、输出窗口101雾化的情况发生，有利于提升半导体激光器100使用稳定性。设置连接槽112以及支路632，能够将多余的冷凝水引导至主气路631中，并在气流的作用下带动至水槽712中。既能够对第一散热部61降温，又能够处理多余的冷凝水。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

显然，上述所述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例，本申请不限于上述实施例的细节，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆视为不脱离本申请的专利范畴。

Claims (10)

1.一种半导体激光器，包括壳体、半导体激光芯片及半导体制冷片，所述壳体包括安装板，所述激光芯片位于所述壳体内，并设置于所述安装板的内侧，所述半导体制冷片位于所述壳体外，并设置于所述安装板的外侧，其特征在于，所述安装板的外侧设有若干导流槽，所述半导体激光器还包括：

若干冷凝胶，每个所述冷凝胶设置于一个所述导流槽，并与所述半导体制冷片接触，用于吸收所述壳体凝结的冷凝水。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括散热组件，所述散热组件围绕所述壳体及所述半导体制冷片设置；所述安装板的外侧还设有连接槽，所述连接槽与若干所述导流槽连通，且所述连接槽位于所述导流槽靠近输出端的一端，所述连接槽用于引导所述导流槽中的冷凝水至所述散热组件。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述散热组件包括：

第一散热部，所述第一散热部设置于所述安装板的外侧；

第二散热部，所述第二散热部设置于所述壳体远离所述第一散热部的一侧；

连接板，所述连接板设置于所述第一散热部与所述第二散热部之间，以使所述第一散热部、所述第二散热部以及所述连接板围绕所述壳体以及半导体制冷片设置。

4.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，在平行所述半导体制冷片的投影面，所述连接槽以及所述导流槽的投影位于所述半导体制冷片的投影内。

5.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接槽朝靠近所述连接板方向，呈倾斜向下设置。

6.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接板设有相连通的主气路以及支路，所述主气路用于输送气流以对工件吹气，所述支路与连接槽，用于引导所述连接槽的冷凝水流至支路。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括喷嘴组件，所述喷嘴组件设置于所述壳体的输出端，所述喷嘴组件设有用于通过激光的通孔以及与所述通孔连通的连接孔，所述连接孔与所述主气路连通。

8.根据权利要求7所述的半导体激光器，其特征在于，所述喷嘴组件包括连接块及喷嘴，所述连接块设置于所述壳体的输出端处，所述喷嘴设置于所述连接块远离所述壳体的一端，所述通孔贯穿所述连接块以及所述喷嘴，所述连接孔位于所述连接块。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接块还设有与所述连接孔连通的水槽，所述冷凝水依次经过所述导流槽、所述连接槽、所述支路、所述主气路及所述连接孔并流向所述水槽。

10.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述散热组件还包括第一散热风扇以及第二散热风扇，所述第一散热部设有第一安装槽，所述第一散热风扇设置于所述第一安装槽，所述第二散热部设有第二安装槽，所述第二散热风扇设置于所述第二安装槽。