CN201877674U - 一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构 - Google Patents

一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构 Download PDF

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Abstract

一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，由多个独立的半导体激光单体组成的激光器阵列、表面金属化的陶瓷散热片和热沉组成，激光器阵列中的半导体激光器件单体都焊接在陶瓷散热片上，并通过陶瓷散热片表面的金属化结构实现串联连接和传热接触，陶瓷散热片的底部焊接在热沉上表面。本实用新型基于所封装后的泵浦模块所输出的光束的慢轴与被其所泵浦的晶体轴线平行，使光束阵列的发散角从快轴限制转为慢轴限制，即发散角从808nm器件的典型的40度降低到小于10度。相对于现在市场上的巴条封装产品，本设计的模块将由多个单管激光器串联而成，因此工作电流将大大降低，对泵浦系统的供电和线路电流承受能力要求大大降低，方便客户使用。

Description

一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构
技术领域
本实用新型涉及半导体激光器件封装技术领域。
背景技术
大功率，超大功率固体激光系统为国家技术发展战略方向之一，近年来国家不断加大投入力度，十二五期间，国家科学技术部明确提出要制作出3-5千瓦级的大功率固体激光器。这类激光器需要高质量和稳定性能的半导体激光泵浦模块，目前这类模块大都依赖进口。
市场上侧面泵浦用大功率半导体激光器打都采用1厘米巴条封装，这种封装所造成的光束发散角较大，若要提高晶体泵浦效率，必须将泵浦模块发光面移至距离晶体棒很紧的地方，或者由光导引至晶体棒表面。如果将光束发散角降低至10度以下，在相同的光功率密度条件下所允许的发光表面到晶体表面的间距可以明显拉大。因此如果有需要，可以在泵浦腔体中增加泵浦模块的数量，提高泵浦源整体能量。从电连接方式来看，由于1厘米巴条由多个激光单体并联而成，所以工作电流较高。以市场上常见的产品为例，其典型工作电流为25安培。用同样发光体设计，采用单管器件串联方式可将工作电流将至仅几个安培。多管串联半导体激光芯片封装是近年来出现的新型半导体激光器封装技术，毋庸置疑，这种技术是实现大幅度降低激光器工作电流的有效方法。
实用新型内容
本实用新型的目的是提出一种基于半导体激光器件单体的多管串联连接方式的半导体激光器封装设计理念。不同于巴条中激光束快轴垂直于水平方向，所封装的激光器所发出的光束慢轴与水平方向相垂直，这样使得激光器所发出光束的发散角由传统的40度降低到大约小于10度。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：
一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，由多个独立的半导体激光器件单体组成的激光器阵列、表面金属化的陶瓷散热片和热沉组成，激光器阵列中的半导体激光器件单体都焊接在陶瓷散热片上，并通过陶瓷散热片表面的金属化结构实现串联连接和传热接触，陶瓷散热片的底部焊接在热沉上表面，激光器件工作室所产生的热量通过激光器阵列、陶瓷散热片和热沉散发到外接热交换系统。所述阵列由多个半导体激光器件单体组成，所述半导体激光器件单体焊接在一陶瓷散热片上。
所述半导体激光器件单体，由激光芯片和带有正极、负极的基片焊接在一起，正负极之间用一电绝缘体分开，焊接后的芯片负极用金属导线与基片的负极相连接构成一完整激光二极管回路。
所述的陶瓷散热片的上表面部分金属化，基片的正负极分别焊接在每一组焊盘上面，焊接后的激光器阵列通过陶瓷散热片上的金属化区域实现相互串联。串联后的激光器阵列的正负极与陶瓷散热片上的电极焊盘形成自然电连接，构成每个单管激光器的串联回路。陶瓷散热片的下表面完全金属化，该金属化表面为陶瓷散热片与热沉焊接所用。
所述热沉是上述激光器阵列和陶瓷散热片的散热载体。该载体为一表面镀金的立方体，其上表面与陶瓷散热片下表面焊接在一起，激光器在工作时所产生的热量通过此热沉交换到外部热交换系统中，以保证激光器工作状态下不至被过高温度烧损。
本实用新型公开的一种用于固体激光器泵浦用半导体激光器激光模块的封装结构。这种结构基于所封装后的泵浦模块所输出的光束的慢轴与被其所泵浦的晶体轴线平行，使光束阵列的发散角从快轴限制转为慢轴限制，即发散角从808nm器件的典型的40度降低到小于10度。该结构的另一特征为，相对于现在市场上的巴条封装产品，本设计的模块将由多个单管激光器串联而成，因此工作电流将大大降低，对泵浦系统的供电和线路电流承受能力要求大大降低，方便客户使用。
附图说明
下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型实施例所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构的整体结构图；
图2是本实用新型实施例所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构的爆炸图；
图3是本实用新型实施例所述半导体激光器件单体结构图；
图4是本实用新型实施例所述表面金属化的陶瓷散热片结构图；
图5是热沉结构图。
具体实施方式
如图1-5所示，一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，由多个独立的半导体激光器件单体组成的激光器阵列1、表面金属化的陶瓷散热片2和热沉3组成，激光器阵列1中的半导体激光器件单体都焊接在陶瓷散热片上，并通过陶瓷散热片2表面的金属化结构实现串联连接和传热接触，陶瓷散热片2的底部焊接在热沉上表面，激光器件工作室所产生的热量通过激光器阵列1、陶瓷散热片2和热沉3散发到外接热交换系统。
所述半导体激光器件单体，由激光芯片1.1和带有正极1.2、负极1.3的基片焊接在一起，正负极之间用一电绝缘体1.4分开，焊接后的芯片负极用金属导线1.5与基片的负极1.3相连接构成一完整激光二极管回路。
所述激光器阵列1由多个半导体激光器件单体组成，所述半导体激光器件单体按照直线型等距排列后焊接在一陶瓷散热片2上。
所述的陶瓷散热片2的上表面部分金属化，基片的正负极分别焊接在每一组焊盘2.1、2.2上面，焊接后的激光器阵列1通过陶瓷散热片2上的金属化区域实现相互串联。串联后的激光器阵列1的正负极与陶瓷散热片2上的电极焊盘2.4、2.3形成自然电连接，构成每个单管激光器的串联回路。陶瓷散热片的下表面完全金属化，该金属化表面为陶瓷散热片2与热沉3焊接所用。
所述热沉3是上述激光器阵列1和陶瓷散热片2的散热载体。该载体为一表面镀金的立方体，其上表面3.1与陶瓷散热片下表面焊接在一起，激光器在工作时所产生的热量通过此热沉交换到外部热交换系统中，以保证激光器工作状态下不至被过高温度烧损。

Claims (5)

1.一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，由多个独立的半导体激光器件单体组成的激光器阵列(1)、表面金属化的陶瓷散热片(2)和热沉(3)组成，激光器阵列(1)中的半导体激光器件单体都焊接在陶瓷散热片上，并通过陶瓷散热片(2)表面的金属化结构实现串联连接和传热接触，陶瓷散热片(2)的底部焊接在热沉上表面。
2.根据权利要求1所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，其特征在于，其中所包含的半导体激光器件单体，所述半导体激光器件单体，由激光芯片(1.1)和带有正极(1.2)、负极(1.3)的基片焊接在一起，正负极之间用一电绝缘体(1.4)分开，焊接后的芯片负极用金属导线(1.5)与基片的负极(1.3)相连接构成一完整激光二极管回路。
3.根据权利要求1所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，其特征在于，所述激光器阵列(1)由多个半导体激光器件单体组成，所述半导体激光器件单体按照直线型等距排列后焊接在一陶瓷散热片(2)上。
4.根据权利要求1所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，其特征在于，所述的陶瓷散热片(2)的上表面部分金属化，基片的正负极分别焊接在每一组焊盘(2.1、2.2)上面，焊接后的激光器阵列(1)通过陶瓷散热片(2)上的金属化区域实现相互串联；串联后的激光器阵列(1)的正负极与陶瓷散热片(2)上的电极焊盘(2.4、2.3)形成自然电连接，构成每个单管激光器的串联回路；陶瓷散热片(2)的下表面完全金属化，该金属化表面为陶瓷散热片(2)与热沉(3)焊接所用。
5.根据权利要求1所述的一种小发散角固体激光泵浦模块封装结构，其特征在于，所述热沉(3)是上述激光器阵列(1)和陶瓷散热片(2)的散热载体，该载体为一表面镀金的立方体，其上表面(3.1)与陶瓷散热片(2)下表面焊接在一起。
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