CN202752750U - 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。该半导体激光器包括激光头的防护装置，所述激光头的防护装置上沿激光出射方向依次设有第一通孔、激光防护镜和第二通孔；在所述激光头的防护装置外部沿激光出射方向设有冷却挡光板，所述冷却挡光板中设有第三通孔，所述第三通孔与所述第二通孔相对齐，所述第三通孔周围设有在所述冷却挡光板中延伸的冷却通道，所述冷却通道中填充有冷却介质。本实用新型的半导体激光器，其冷却通道的冷却介质能够对整个激光头工作时所产生的高温进行冷却，从而防止工作时的高温热量通过热传导到达激光头，对激光头内的精密部件造成热损伤，影响激光头正常工作。

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的防护装置上设置有激光防护镜，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，由于需要利用高能量束将所需合金粉末熔覆在工件表面，因此合金粉末在高能量激光下熔化飞溅，该熔化合金粉末飞溅物有可能会达到激光防护镜的表面，从而污染或者灼烧激光防护镜。

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防止半导体激光器的激光防护镜被污染或灼烧的半导体激光器。

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，包括激光头的防护装置，所述激光头的防护装置上沿激光出射方向依次设有第一通孔、激光防护镜和第二通孔，所述激光防护镜能够透过激光，所述第一通孔与所述激光防护镜之间形成有第一腔体，所述激光防护镜与所述第二通孔之间形成有第二腔体；

在所述激光头的防护装置外部沿激光出射方向设有冷却挡光板，所述冷却挡光板中设有第三通孔，所述第三通孔与所述第二通孔相对齐，所述第三通孔周围设有在所述冷却挡光板中延伸的冷却通道，所述冷却通道中填充有冷却介质。

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，所述冷却通道由多段直线型通道连接组合而成。

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，所述多段直线型通道包括进口段通道、出口段通道、连接所述进口段通道和所述出口段通道的至少一段过渡段通道，

所述过渡段通道的至少一端具有贯通所述冷却挡光板的孔口，所述孔口内制有内螺纹。

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，所述冷却介质为水。

技术方案5.

根据技术方案4所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述第三通孔的内径小于或等于所述第二通孔的内径。

技术方案6.

根据技术方案1至5任一项所述的半导体激光器，其改变之处在于，在所述激光头的防护装置与所述冷却挡光板之间设有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气流吹扫所述第二通孔与所述第三通孔之间的区域。

技术方案7.

根据技术方案1至5任一项所述的半导体激光器，其改变之处在于，在所述冷却挡光板的外部沿激光出射方向设有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气流吹扫所述第三通孔下方的区域。

技术方案8.

根据技术方案1至5任一项所述的半导体激光器，其改变之处在于，所述第一腔体上具有第一气体入口和第一气体出口，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第二通孔。

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，由于在所述激光头的防护装置外部沿激光出射方向设有冷却挡光板，且所述冷却挡光板内设有冷却通道，所述冷却通道内填充有冷却介质，因此该冷却挡光板能够对整个激光头工作时所产生的高温进行冷却，从而防止工作时的高温热量通过热传导到达激光头，对激光头内的精密部件造成热损伤，影响激光头正常工作。

根据本实用新型的技术方案2的半导体激光器，对所述冷却通道的形式进行了限定，由于冷却挡光板通常为四方形的平板形状，在该冷却挡光板的第三通孔周围一次性加工相互连通的冷却通道时，加工困难。因此可以在第三通孔的周围加工多段直线型通道，然后由该多段直线型通道相互连通形成整体的冷却通道，加工简单方便。

根据本实用新型的技术方案3的半导体激光器，对所述冷却通道的形式进行了进一步地限定，例如所述多段直线型通道可以包括进口段通道、出口段通道、连接所述进口段通道和所述出口段通道的至少一段过渡段通道，其中所述过渡段通道的至少一端具有贯通所述冷却挡光板的孔口，所述孔口内制有内螺纹。这样，当在所述冷却通道内填充冷却介质时，可以通过螺栓将所述孔口堵死，从而即便于该过渡段通道的加工，又可以通过该过渡段通道使得所述进口段通道和所述出口段通道连通。

在本实用新型的技术方案4中，作为冷却介质，优先选择水。由于水来源广泛，成本较低，同时比热容较大，在实际的使用中，优先选用。

在本实用新型的技术方案5中，对所述第三通孔的大小和所述第二通孔的大小进行了优选，优选为使所述第三通孔的内径小于或等于所述第二通孔的内径。这是因为，在激光熔覆加工的过程中，激光的发散范围较小，而由于激光熔覆的高温激熔化的合金粉末的溅射范围较大，将第三通孔的内径设置为小于或等于第二通孔的内径时，不但不影响激光的射出，而且还能够阻挡熔化溅射的飞溅物过第三通孔以及第二通孔进入到第二腔体内部，并进而到达所述激光防护镜，避免污染激光防护镜。

根据本实用新型的技术方案6~7的半导体激光器，对所述的半导体激光器进行了进一步的改进，在所述半导体激光器中增加了气体吹扫装置，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流能够不断地吹扫所述第二通孔与所述第三通孔之间的区域或所述第三通孔下方的区域，即能够不断地吹扫所述第二通孔下方的区域，从而可以将污染物质或者熔融合金飞溅物吹离所述第二通孔，避免污染物质或者熔融合金飞溅物通过所述第二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。

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，通过在第一腔体中设置第一气体入口和第一气体出口，并在第二腔体中设置第二气体入口和第二气体出口，并连通所述第一气体出口和所述第二气体入口来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第二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激光防护镜，从而进一步起到对所述激光防护镜的保护作用。

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。

附图说明

图1是本实用新型的第一种实施方式的半导体激光器的组成示意图。

图2是图1所示半导体激光器中冷却挡光板的示意图。

图3是图2所示冷却挡光板的左视图。

图4是本实用新型的第二种实施方式的半导体激光器的组成示意图。

附图中的各标号分别表示：

1——激光头的防护装置，101——第一通孔，102——激光防护镜，103——第二通孔，104——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，7——冷却挡光板，71——第三通孔，72——冷却通道，721——进口段通道，722——出口段通道，723——过渡段通道，724——孔口，73——冷却介质。

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1或者图4，图1和图4是本实用新型的两种实施方式的半导体激光器的组成示意图。在图1或图4中，该半导体激光器包括激光头的防护装置1，激光头的防护装置1上沿激光出射方向依次设有第一通孔101、激光防护镜102以及第二通孔103，激光防护镜103能够透过激光，第一通孔101与激光防护镜102之间形成有第一腔体4，激光防护镜102与第二通孔103之间形成有第二腔体5。在激光头的防护装置1的外部沿激光出射方向设有冷却挡光板7，冷却挡光板7中设有第三通孔71，第三通孔71与第二通孔103相对齐，参见图2和图3可知，第三通孔71周围设有在所述冷却挡光板7中延伸的冷却通道72，所述冷却通道72中填充有冷却介质73。在激光头的防护装置1的下方为待加工的工件2，从图1或图4可以看出，工件2上接受激光的位置处容易形成因激光高温而燃烧溅射的熔融合金粉末3。

其中由于第二通孔103和第三通孔71的存在，激光防护镜102作为最终向外部射出激光的镜片而直接暴露于空气中，所以在本实用新型中，为了保护激光防护镜102的表面不受侵害，设置了冷却挡光板7。在设置了冷却挡光板7的情况下，填充在冷却挡光板7的冷却通道内的冷却介质能够对整个激光头工作时所产生的高温进行冷却，从而防止工作时的高温热量通过热传导到达激光头，对激光头内的精密部件造成热损伤，影响激光头正常工作。

由图2可知，本实用新型实施例中的冷却挡光板7中的冷却通道72由三段直线型通道连接组合而成，这三段直线型通道可以分别单独加工而成，并连通形成整体的冷却通道，这种直线型通道加工简单方便，具有良好的可加工性能。需要说明的是，所述的冷却通道不限于由三段直线型通道连接组合而成，在本实用新型的其他实施例中，可以由四段、五段、或更多段直线型通道连接组合而成。例如，当冷却挡光板7的形状为五边形时，就可以使用四段直线型通道连接组合形成冷却通道。

更进一步地，所述多段直线型通道可以包括进口段通道721、出口段通道722、连接所述进口段通道721和所述出口段通道722的至少一段过渡段通道723，在图2所示的状态下，过渡段通道723的下端具有贯通所述冷却挡光板7的孔口724，所述孔口724内制有内螺纹。在孔口724内拧入螺栓（未图示），可以将孔口724堵死，避免填充在冷却通道72内的冷却介质通过孔口724泄露。其中螺纹连接紧密可靠，密封性能较好。此外，在本实用新型的其他实施例中，也可以不需要制出内螺纹，而是将所述孔口制成光孔，然后再使用密封件将该光孔密封即可。可以理解的是，所述进口段通道721和所述出口段通道722仅仅是名称的不同，不限于图2中所示的位置，二者是可以置换的。

所述冷却通道72内的冷却介质73可以选择水或者油液。在实际的使用中，可以根据使用需求进行选择。

再次参看图1可知，第三通孔71的内径等于第二通孔103的内径，这样不但不影响激光的射出，而且还能够阻挡燃烧溅射的细粉通过第三通孔以及第二通孔进入到第二腔体内部，并进而到达所述激光防护镜，避免污染激光防护镜。更为优选地，还可以使第三通孔71的内径小于第二通孔103的内径。

作为对本实用新型实施例的一种改进，可以在半导体激光器中增加气体吹扫装置104，来自于气体吹扫装置104的气流能够不断地吹扫第二通孔103下方的区域，从而可以将污染物质或者熔融合金粉末吹离第二通孔103，避免污染物质或者熔融合金粉末通过第二通孔103而到达激光防护镜102，从而避免激光防护镜102遭受污染或者破坏。在图1所示的半导体激光器的第一实施方式中，所述气体吹扫装置104可以设在激光头的防护装置1和冷却挡光板7之间，来自于气体吹扫装置104的气流吹扫第二通孔103和第三通孔71之间的区域，即吹扫第二通孔103下方的区域。在图4所示的半导体激光器的第二实施方式中，所述气体吹扫装置104可以设在冷却挡光板7的下方，来自于气体吹扫装置104的气流吹扫第三通孔71下方的区域，即可以吹扫第二通孔103下方的区域。

此外，由本实用新型图1或图4所示的实施方式可以看出，在第一腔体4上具有第一气体入口401和第一气体出口402，在第二腔体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第二通孔103。

通过在所述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第二通孔周围的污染物质或者熔融合金粉末吹离之外，还可以向所述第一腔体和所述第二腔体中通入气体例如氮气，以将进入所述第二腔体中的污染物质或者熔融合金粉末吹出。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激光防护镜，从而进一步起到对所述激光防护镜的保护作用。

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，这样的结构可以提高从所述第二通孔出来的气流的吹动力。

Claims (9)

1.一种半导体激光器，其特征在于，包括激光头的防护装置，所述激光头的防护装置上沿激光出射方向依次设有第一通孔、激光防护镜和第二通孔，所述激光防护镜能够透过激光，所述第一通孔与所述激光防护镜之间形成有第一腔体，所述激光防护镜与所述第二通孔之间形成有第二腔体；

在所述激光头的防护装置外部沿激光出射方向设有冷却挡光板，所述冷却挡光板中设有第三通孔，所述第三通孔与所述第二通孔相对齐，所述第三通孔周围设有在所述冷却挡光板中延伸的冷却通道，所述冷却通道中填充有冷却介质。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器，其特征在于，所述冷却通道由多段直线型通道连接组合而成。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器，其特征在于，所述多段直线型通道包括进口段通道、出口段通道、连接所述进口段通道和所述出口段通道的至少一段过渡段通道，

所述过渡段通道的至少一端具有贯通所述冷却挡光板的孔口，所述孔口内制有内螺纹。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器，其特征在于，所述冷却介质为水。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器，其特征在于，所述第三通孔的内径小于或等于所述第二通孔的内径。

6.根据权利要求1至5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，在所述激光头的防护装置与所述冷却挡光板之间设有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气流吹扫所述第二通孔与所述第三通孔之间的区域。

7.根据权利要求1至5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，在所述冷却挡光板的外部沿激光出射方向设有气体吹扫装置，来自于所述气体吹扫装置的气流吹扫所述第三通孔下方的区域。

8.根据权利要求1至5任一项所述的半导体激光器，其特征在于，所述第一腔体上具有第一气体入口和第一气体出口，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第二通孔。

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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