CN202752748U - 一种半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半导体激光器。在该半导体激光器的激光头上沿激光出射方向依次具有二级激光防护镜和保护锥体通孔，二级激光防护镜通过保护锥腔通孔向激光器的外部射出激光，在保护锥体通孔的附近具有气体吹扫装置，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流吹扫所述通孔的下方区域，气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者水平方向。本实用新型的半导体激光器，在进行激光熔覆等激光加工过程中，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流能够不断地吹扫保护锥体通孔的下方，从而可以将污染物质或者熔融合金飞溅物吹离保护锥体通孔，避免激光防护镜遭受污染或者破坏，同时缓解了从保护锥体通孔出来的气体对预置在工件表面的合金粉末的影响。

Description

一种半导体激光器

技术领域

    本实用新型涉及一种半导体激光器，属于激光设备领域。

背景技术

激光器是一种能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把激光微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍尔等人创制了砷化镓半导体激光器。

目前激光器的种类很多。根据工作物质物态的不同可以把所有的激光器分为以下几类：第一类，固态激光器（晶体和玻璃）激光器；第二类，气体激光器，气体激光器进一步可以分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；第三类，液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两大类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液；第四类，半导体激光器；第五类，自由电子激光器。

其中第四类的半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。

通常在半导体激光器的激光头上设置有一级激光防护镜，该激光防护镜用于透过来自于激光器发光主体的激光，透过激光防护镜的激光可以直接作用于工件表面。然而，半导体激光器在进行激光熔覆加工的时候，由于激光防护镜离工件较近，所以从工件来的粉末等污染物或者高温燃烧细粉有可能会达到激光保护镜的表面，从而污染或者灼烧激光保护镜。如果增大激光保护镜与工件的距离，那么激光的能量利用率又会急剧降低。

具体地，下面结合附图来说明现有技术中存在的上述问题。

请参见图1，图1是现有技术的利用半导体激光器对工件进行激光加工的示意图。传统的半导体激光器激光头包括主体11，出光口12，一级保护镜片13，从半导体激光器内部来的激光通过一级保护镜片13、照射在工件15上，此时由于半导体激光器的激光能量较高，所以在激光熔覆过程中，来自于工件15表面的熔融合金粉末14会溅起，从而污染或者灼烧激光器一级防护镜13。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够对半导体激光器的激光防护镜进行保护的半导体激光器。

具体地，本实用新型所提供的技术方案如下：

技术方案1.

一种半导体激光器，在半导体激光器的激光头上沿激光出射方向依次具有二级激光防护镜和保护锥体通孔，所述二级激光防护镜用于透过激光并通过所述保护锥体通孔向激光器的外部射出激光；

在所述保护锥体通孔的附近具有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气体出口的气流吹扫所述保护锥体通孔的下方区域，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者水平方向。

技术方案2.

根据技术方案1所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~80°。

技术方案3.

根据技术方案2所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~45°。

技术方案4.

根据技术方案3所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~15°。

技术方案5.

根据技术方案1~4中任意一项所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置与所述保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离为0~10mm。

技术方案6.

根据技术方案5所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置与所述保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离为0~5mm。

技术方案7.

根据技术方案1所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述气体吹扫装置为压缩空气吹扫装置。

技术方案8.

根据技术方案1所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述连接罩内形成有第一腔体，所述第一腔体上具有第一气体入口和第一气体出口，所述二级激光防护镜与所述保护锥体通孔之间形成有第二腔体，所述第二腔体上具有第二气体入口和第二气体出口，所述第一气体出口与所述第二气体入口连通，所述第二气体出口为所述保护锥体通孔。

技术方案9.

根据技术方案8所述的半导体激光器，其改进之处在于，所述第二腔体为锥形腔体。

根据本实用新型的技术方案1的半导体激光器，由于在所述保护锥体通孔的附近设置了气体吹扫装置，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流用于吹扫所述保护锥体通孔的下方区域，气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者水平方向，所以，在进行激光熔覆等激光加工过程中，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流能够不断地吹扫所述保护锥体通孔的下方，从而可以将污染物质或者熔融合金飞溅物吹离所述保护锥体通孔，避免污染物质或者熔融合金合金飞溅物通过所述保护锥体通孔而到达所述激光防护镜，从而避免所述激光防护镜遭受污染或者破坏，同时缓解了从保护锥体通孔出来的气体对预置在工件表面的合金粉末的影响。

根据本实用新型的技术方案2~4的半导体激光器，对所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角进行了优选，优选为0°~80°，更优选为0°~45°，进一步优选为0°~15°。从优选的范围的递进关系可以看出，在本实用新型中，上述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与保护锥体通孔所在平面的夹角越小越好，最优选的方式应该是0°。在上述夹角为0°时，保护锥体通孔所在平面为水平面，从气体吹扫装置的气体出口吹出的气流的方向是水平的，此时，气流的水平吹力最大，因此可以达到最佳的吹扫效果，防止污染物或者高温熔化物靠近所述保护锥体通孔，并进而通过所述保护锥体通孔到达所述二级激光防护镜。

根据本实用新型的技术方案5~6的半导体激光器，对气体吹扫装置与保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离进行了优选，优选为0~10mm，更优选为0~5mm。如果气体吹扫装置越靠近保护锥体通孔，那么就可以有效利用气体的吹扫力。这是因为在靠近保护锥体通孔的位置处，污染物尤其是来自于工件表面的飞溅的熔融物的动能就会越小，更加容易实现吹扫效果。最优选的是气体吹扫装置与保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离为0的情况，也就是从气体吹扫装置来的气流以一定的宽度（例如3mm）以贴着激光出口镜的表面的形式进行吹动。

在技术方案7中，作为气体吹扫装置，采用了压缩空气吹扫装置，这是出于降低成本的要求而采用的。因为，空气来源广泛，用空气压缩机即可获取。

根据本实用新型技术方案8的半导体激光器，通过在所述二级激光防护镜的上方和下方设置第一腔体和第二腔体，并使所述第一腔体和所述第二腔体连通，这样除使用气体吹扫装置将所述保护锥体通孔周围的污染物质或者熔融合金飞溅物吹离之外，为保证激光头的干燥及清洁向所述第一腔体和所述第二腔体中通入气体如惰性气体氮气，使第二腔体内始终保持正压，防止了污染物质或者熔融合金飞溅物的进入。具体地，在向所述第一腔体中通入气体的情况下，可以使得气体从所述第一腔体进入所述第二腔体，从而使得污染物质或者熔融合金粉末远离所述二级激光防护镜，从而对二级激光防护镜进一步起到保护作用。

根据本实用新型技术方案9的半导体激光器，由于所述第二腔体为包围着所述二级激光防护镜的锥形腔体，锥形腔体的下部的内径小于锥形腔体的上部的内径。也就是从上至下逐渐缩小的结构，这样的结构不仅可以提高从所述保护锥体通孔出来的气流的吹动力，而且也减少了激光反射进入第二腔体烧损二级激光防护镜片的几率。

附图说明

图1是现有技术的利用半导体激光器对工件进行激光加工的示意图。

图2是本实用新型的第一种实施方式的半导体激光器的激光头的组成示意图。

图3是本实用新型的第一种实施方式的半导体激光器的工作原理图。

图4是说明“气体吹扫装置与激光出口镜的垂直距离”的具体意义的示意图。

图5是本实用新型的第二种实施方式的半导体激光器的工作原理图。

附图2、3、4、5中的各标号分别表示：

1——连接罩，101——二级激光防护镜，102——保护锥体通孔，103——气体吹扫装置，2——工件，3——熔融合金粉末，4——第一腔体，401——第一气体入口，402——第一气体出口，5——第二腔体，501——第二气体入口，6——连通管路。

具体实施方式

为了使得本领域的技术人员能够更加清楚地了解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施方式进行详细说明。

请参见图2，图2是本实用新型的第一种实施方式的半导体激光器的激光头的组成示意图。在图2中，该半导体激光器的激光头在激光的出射方向上依次包括连接罩1、二级激光防护镜101以及保护锥体通孔102。在保护锥体通孔102的附近具有气体吹扫装置103。所述二级激光防护镜101以及保护锥体通孔102均可以透过激光，其中由于二级激光防护镜101的存在，避免了激光头自带的一级保护镜片直接暴露在空气中。延长了使用寿命，同时由于保护锥体通孔102的存在，二级激光防护镜101作为最终向外部射出激光的镜片直接暴露在了空气中，所以在本实用新型中，为了保护一级激光防护镜表面不受侵害，最大限度保障其使用寿命，设计了二级激光防护镜，同时为保护二级激光防护镜101的表面不受侵害，所以设置了气体吹扫装置103。在设置了气体吹扫装置103的情况下，来自于所述气体吹扫装置103的气体出口的气流可以吹扫所述保护锥体通孔102所在平面（即图2所示保护锥体通孔102所在水平面）的下方区域，所述气体吹扫装置103的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者为水平方向。在本实施方式中，所述气体吹扫装置103的气体出口的气流的前进方向为水平方向。在其他实施方式中，所述气体吹扫装置103的气体出口的气流的前进方向还可以为朝向下方的方向。

请参见图3，图3是本实用新型的第一种实施方式的半导体激光器的工作原理图。在半导体激光器对工件的激光加工过程中，虽然熔融合金粉末3有可能像现有技术中的图1中的那样向半导体激光器的激光头的保护锥体通孔102移动，并通过该保护锥体通孔102到达二级激光防护镜101，但是由于在本实施方式中气体吹扫装置103出来的气流（图中为大致水平的线条）的水平吹扫（或者认为是大致的水平吹扫），可以防止上述熔融合金飞溅物3通过半导体激光器的保护锥体通孔102并到达二级激光防护镜101，从而影响激光头的一级保护镜片，达到防止二级激光防护镜101被熔融合金飞溅物污染的效果。

对于气体吹扫装置103，可以在保护锥体通孔102的左下侧设置（如图3所示），也可以在保护锥体通孔102的右下侧设置，也可以在保护锥体通孔102的左下侧和右下侧同时设置。即，可以在保护锥体通孔102的下面的一侧设置气体吹扫装置103，也可以在保护锥体通孔102的下面的两侧同时设置气体吹扫装置103。

在本实施方式中，气体吹扫装置103与所保护锥体通孔102之间沿激光出射方向的距离，即如图3所示状态下的垂直距离可以为0~10mm。优选的数值还可以有2mm，3mm，6mm，7mm。需要说明的是，在本实用新型中，“气体吹扫装置103与保护锥体通孔102的垂直距离”，是指从保护锥体通孔102所在平面到气体吹扫装置103的气流出口处的顶端的垂直距离。这里的气流出口处的顶端，是指气流的最上边缘，也就是气流出口处的内径的最上端。如图4所示。图4是说明“气体吹扫装置与保护锥体通孔的垂直距离”的具体意义的示意图。图4中的“L”所示的距离就是“气体吹扫装置103与所述保护锥体通孔102的垂直距离”。

在本实施方式中，来自于气体吹扫装置103的气流是水平方向的吹扫。使用的气体是压缩空气。至于气体吹扫装置103的内部结构，在本实用新型中并没有特别的要求。例如，在气体吹扫装置103为压缩空气吹扫装置时，压缩空气的吹出方向为水平方向，压缩空气的来源可以使用空气压缩机等装置。

另外，本实用新型的实施方式中，来自于气体吹扫装置103的气流可以是水平方向，也可以是斜着朝向下方的方向。图5所示就是本实用新型的第二种实施方式的半导体激光器的工作原理图。在图5中，来自于气体吹扫装置103的气流的前进方向是斜向下的。在第二种实施方式中，来自于气体吹扫装置103的气流的前进方向与保护锥体通孔102所在平面的夹角为30°，也可以为25°，20°，15°，10°，5°等。但是最优选的还是0°，即来自于气体吹扫装置103的气流是水平方向时，最为优选。

在此，需要重申的是，本实用新型之所以能够解决现有技术中的技术问题，是因为在保护锥体通孔的附近设置了气体吹扫装置，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流用于吹扫保护锥体通孔所在平面的下方区域，气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者为水平方向，所以，在进行激光熔覆等激光加工过程中，来自于气体吹扫装置的气体出口的气流能够不断地吹扫保护锥体通孔所在平面的下方，从而可以将污染物质或者熔融合金飞溅物吹离保护锥体通孔，避免污染物质或者熔融合金飞溅物通过所述保护锥体通孔而到达所述二级激光防护镜，从而影响到激光头，避免所述二级激光防护镜遭受污染或者破坏，确保了激光头的正常工作。

此外，由本实用新型图2、图3或图5所示的实施方式可以看出，在连接罩与二级激光防护镜101之间形成有第一腔体4，第一腔体4上具有第一气体入口401和第一气体出口402，在二级激光防护镜101与保护锥体通孔102之间形成有第二腔体5，第二腔体5上具有第二气体入口501和第二气体出口。其中，所述第一气体出口402与所述第二气体入口501连通，例如可以通过连通管路6连通，所述第二气体出口为所述保护锥体通孔102。

通过在所述二级激光防护镜的上方和下方设置第一腔体和第二腔体，并使所述第一腔体和所述第二腔体连通，这样除使用气体吹扫装置将所述保护锥体通孔周围的污染物质或者熔融合金粉末吹离之外，为保证激光头的干燥及清洁向所述第一腔体和所述第二腔体中通入气体为惰性气体氮气，使第二腔体内始终保持正压，防止了污染物质或者熔融合金飞溅物的进入。具体地，在向所述第一腔体中通入气体的情况下，可以使得气体进入所述第二腔体，从而使得污染物质或者熔融合金粉末远离所述二级激光防护镜，从而对一级激光防护镜进一步起到保护作用。

进一步地，所述第二腔体5为锥形腔体，由于所述第二腔体为包围着所述二级激光防护镜的锥形腔体，锥形腔体的下部的内径小于锥形腔体的上部的内径。也就是从上至下逐渐缩小的结构，这样的结构不仅可以提高从所述保护锥体通孔出来的气流的吹动力，而且也减少了激光反射进入腔体烧损防护镜片的几率。

Claims (9)

1.一种半导体激光器，其特征在于，在半导体激光器的激光头上沿激光出射方向依次具有二级激光防护镜和保护锥体通孔，所述二级激光防护镜用于透过激光并通过所述保护锥体通孔向激光器的外部射出激光；

在所述保护锥体通孔的附近具有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气体出口的气流吹扫所述保护锥体通孔的下方区域，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向为朝向下方或者水平方向。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~80°。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~45°。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置的气体出口的气流的前进方向与所述保护锥体通孔所在平面的夹角为0°~15°。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置与所述保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离为0~10mm。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置与所述保护锥体通孔之间沿激光出射方向的距离为0~5mm。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述气体吹扫装置为压缩空气吹扫装置。

8.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述连接罩内形成有第一腔体，所述第一腔体上具有第一气体入口和第一气体出口，所述二级激光防护镜与所述保护锥体通孔之间形成有第二腔体，所述第二腔体上具有第二气体入口和第二气体出口，所述第一气体出口与所述第二气体入口连通，所述第二气体出口为所述保护锥体通孔。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器，其特征在于，所述第二腔体为锥形腔体。

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