CN201576886U - 半导体激光器的散热装置 - Google Patents

Abstract

半导体激光器的散热装置属于半导体激光器技术领域，特别涉及一种能够对增益芯片的前后表面同时制冷并散热的散热装置。该装置包括导热器、安装在导热器下面的半导体制冷器(11)及安装在半导体制冷器下面的循环水冷却装置(12)。其中，所述导热器为前后两层导热片的夹持结构，前层导热片(9)为高导热率的片型透光材料，后层导热片(10)为高导热率金属材料制作的U型槽，前层导热片(9)和后层导热片(10)通过高导热率金属材料制作的窗口型压片(14)用螺栓结合成一体。由于对增益芯片的前后表面同时制冷散热，不仅增加了激光器的散热效果，而且降低了增益芯片的温度分布不均匀性，很好地控制了增益芯片的稳定性，可以获得高功率稳定的锁模输出。

Description

半导体激光器的散热装置

技术领域

本实用新型专利涉及半导体激光器的散热装置，属于半导体激光器技术领域，特别涉及一种能够对增益芯片的前后表面同时制冷并散热的散热装置。

背景技术

目前半导体激光器得到广泛应用，但大功率尤其是超短脉冲半导体激光器在半导体增益芯片的散热上一直是个难题。

现有的半导体激光器的散热装置是在增益芯片的后表面加散热装置，包括热沉，半导体制冷器和循环水冷却装置。但对于大功率半导体激光器，尤其是能产生超短脉冲激光的锁模薄片半导体激光器，这样的设置并不能满足要求。因为锁模薄片半导体激光器是在光泵半导体激光器腔中加入锁模元件-半导体可饱和吸收镜，获得自启动的稳定锁模脉冲输出；而腔内增加了锁模元件，增加了腔内的损耗，因此若想获得高功率锁模输出，必须增加泵浦光的功率。增加泵浦光的功率势必增加了半导体增益芯片上的热积累，当增益芯片上的热累积到一定程度，激光器会由于芯片过热，导致激光簇灭，限制了高功率激光输出，因此改进增益芯片的散热问题一直是困扰人们获得高功率及锁模输出的一个问题。

发明内容

本实用新型提供一种半导体激光器的散热装置，通过在半导体增益芯片前后表面同时散热来提高散热效果和温度分布均匀性，获得稳定的高功率激光输出。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。半导体激光器的散热装置，包括导热器、安装在导热器下面的半导体制冷器及安装在半导体制冷器下面的水冷循环冷却装置，并在导热器、半导体制冷器、水循环装置之间放有铟薄膜。所述导热器为前后两层导热片的夹持结构，前层导热片为高导热率的片型透光材料，后层导热片为高导热率金属材料制作的U型槽，前层导热片和后层导热片通过高导热率金属材料制作的窗口型压片用螺栓结合成一体。

所述压片的窗口为喇叭口型。

所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石或蓝宝石薄片；所述后层导热片和压片用紫铜或纯铜制成；并且前层导热片与压片、压片与后层导热片接触处用铟填充。

所述前层导热片镀有对800nm和1微米波长的光的增透膜，可以用于1微米波长的激光器。

所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石散热片，并镀有对800nm和1220nm波长的光的增透膜，可以用于1220nm波长的激光器。

所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石散热片，并镀有对976nm和1550nm波长的光的增透膜，可以用于1550nm波长的激光器。

本实用新型的有益效果是：由于对增益芯片的前后表面同时制冷散热，尤其是对前表面制冷散热，不仅增加了激光器的散热效果，而且降低了增益芯片的温度分布不均匀性，很好地控制了增益芯片的稳定性，可以获得高功率稳定的锁模输出。

附图说明

图1是本实用新型在锁模薄片半导体激光器中应用的结构示意图

图2是本实用新型的结构示意图

图中：1、泵浦光，2、聚焦镜，3、半导体增益芯片，4、散热装置，5、半导体可饱和吸收镜，6、热沉，7、输出耦合镜，8、锁模脉冲光，9、前层导热片，10、后层导热片，11、半导体制冷器，12、循环水装置，13、铟填充材料，14、压片，15、螺钉，16、水嘴，17、螺钉。

具体实施方式

下面结合附图，通过散热装置在几个锁模薄片半导体激光器实施例上的应用对本实用新型详细说明：

图1是本实用新型的散热装置应用于锁模薄片半导体激光器上结构示意图，锁模薄片半导体激光器由泵浦光1，聚焦泵浦光用的聚焦镜2，半导体增益芯片3，散热装置4，半导体可饱和吸收镜5，热沉6，输出耦合镜7组成。散热装置4用于为锁模薄片半导体激光器中的半导体增益芯片散热，增益芯片夹持于散热装置内。

图2为散热装置夹持增益芯片后的结构示意图。增益芯片的前后两面均由导热器散热，前层导热片9是对泵浦光和振荡光高透的材料，可以采用晶体薄片作为前层导热片9，为了不对激光器的整体参数改变太大，晶体薄片厚度尽量薄，其厚度取决于导热片的大小和对压片14的压力承受能力。用毛细绑定技术将晶体薄片与半导体增益芯片3紧密连接。半导体增益芯片3的下面用导热性能好的金属如紫铜或纯铜制成后层导热片10，用相同的材料紫铜或纯铜制成压片14，将其用螺钉15与后层导热片10连接。为了紧密连接，中间用导热性能好的铟13填充，使半导体增益芯片的上下散热部分形成一个整体。关键技术是压片14的力度要掌握好，力度太小，上下部分连接不紧密；力度太大，会损害半导体增益芯片3和晶体薄片。晶体薄片上的压片14做成喇叭口型的窗口，使得泵浦光和振荡光能够通过此窗口到达和穿过半导体增益芯片3，形成激光(如图1所示)。晶体薄片是对泵浦光和振荡光高透的材料，必要时可以镀增透膜。

导热器的作用主要是将半导体增益芯片3的热量传导至半导体制冷器11，控制温度由半导体制冷器11完成，水循环装置12用于散热。半导体制冷器和导热器及水循环装置12之间放有铟薄膜，形成紧密连接，并用螺钉17固定。循环水装置12是用黄铜材料制成的，有两个水嘴16，是循环水的进水口和出水口，外接循环水系统，带走由半导体制冷器11产生的热量。半导体制冷器由控制电源供电和设定温度，是整个半导体激光器系统工作中的温度控制系统。

实施例1：

对于输出脉冲光波长为1微米附近的锁模薄片半导体激光器，泵浦光源1是800-810nm波长的半导体激光器；半导体增益芯片3的发射谱波长在1微米附近，前层导热片9选用金刚石材料或蓝宝石材料薄片，金刚石材料或蓝宝石材料薄片导热效果好，对800nm和1微米附近的光高透，金刚石或蓝宝石厚度约0.1mm-0.3mm厚。也可以在金刚石或蓝宝石表面镀增透膜膜，进一步增加对800nm和1微米附近光的透光率。振荡光在由半导体增益芯片3和半导体可饱和吸收镜5中的布拉格反射镜和输出镜7组成的谐振腔中振荡，当满足激光锁模条件，激光器输出锁模脉冲光8。

实施例2：

将实施例1中的泵浦光源换成波长为808nm半导体激光器，半导体增益芯片3的发射谱波长和半导体可饱和吸收镜吸收波长选在1220nm附近，前层导热片9选用导热效果好，对800nm和1220nm的光高透的金刚石材料，就可以获得1220nm附近的锁模脉冲光输出。

实施例3：

将实施例1中的泵浦光源换成波长为976nm半导体激光器，半导体增益芯片3的发射谱波长和半导体可饱和吸收镜吸收波长选在1550nm附近，前层导热片9选用导热效果好，对800nm和1220nm的光高透的金刚石材料，就可以获得1550nm附近的锁模脉冲光输出。

Claims (6)

1.半导体激光器的散热装置，包括导热器、安装在导热器下面的半导体制冷器(11)及安装在半导体制冷器下面的水冷循环冷却装置(12)，并在导热器、半导体制冷器(11)、水循环装置(12)之间放有铟薄膜；其特征在于：所述导热器为前后两层导热片的夹持结构，前层导热片(9)为高导热率的片型透光材料，后层导热片(10)为高导热率金属材料制作的U型槽，前层导热片(9)和后层导热片(10)通过高导热率金属材料制作的窗口型压片(14)用螺栓结合成一体。

2.如权利要求1所述的半导体激光器的散热装置，其特征在于：所述压片的窗口为喇叭口型。

3.如权利要求1或2所述的半导体激光器的散热装置，其特征在于：所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石或蓝宝石薄片；所述后层导热片和压片用紫铜或纯铜制成；并且前层导热片与压片、压片与后层导热片接触处用铟填充。

4.如权利要求3所述的半导体激光器的散热装置，其特征在于：所述前层导热片镀有对800nm和1微米波长的光的增透膜。

5.如权利要求3所述的半导体激光器的散热装置，其特征在于：所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石散热片，并镀有对800nm和1220nm波长的光的增透膜。

6.如权利要求3所述的半导体激光器的散热装置，其特征在于：所述前层导热片采用0.1-0.3mm厚的金刚石散热片，并镀有对976nm和1550nm波长的光的增透膜。

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