CN205319502U - 一种提高激光器宽温度范围的封装装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种提高激光器宽温度范围的封装装置，包括外壳恒温装置、TEC冷却装置及承载装置；承载装置，包括激光器底板及激光器基板，所述激光器基板、激光器底板为热导材料；所述激光器底板上设有容置TEC冷却装置的凹槽；所述激光器基板盖住所述凹槽口，激光器基板上表面承载光学器件；外壳恒温装置，包括外盖、隔热绝缘材料层及内盖；所述内盖固定于激光器底板上，形成一容置光学器件的空间；所述隔热绝缘材料层包裹于内盖外表面，所述外盖套在隔热绝缘材料层包裹的内盖外部；所述外壳恒温装置侧壁设有电源接口和激光输出孔。所述装置能够有效的实现隔热恒温的效果，并且成本极低，结构间的连接易于实现，对提高激光器输出稳定性有显著效果。

Description

一种提高激光器宽温度范围的封装装置

技术领域

本实用新型涉及光学封装领域，尤其涉及一种提高激光器宽温度范围的封装装置。

背景技术

随着激光技术的不断进步，激光已在各个领域中得到了广泛的应用。对于小功率激光器，主要应用在激光投影显示，激光信息存储，生物学等领域。激光器输出激光的好坏对在该领域是否能够获得好的研究成果有着决定性作用。其中对激光器最基本的要求是激光输出稳定性，且稳定工作的温度范围越宽越好。

对于小功率激光器，一般采用单管半导体二极管直接对增益介质进行泵浦，这就使得泵浦源与谐振腔、增益介质为一个整体。这时除了增益介质产生的热量需要转移外，还有半导体二极管产生的热量也需要转移，所以对该类低功率激光器来说内部控温非常关键。半导体泵浦时，要求温度为稳定在某一个常数，因为当温度变化时，二极管输出波长会发生漂移，影响激光输出功率和稳定性。激光谐振腔的稳定性以及外界环境温度和激光器内部温度之间的温差也是影响激光器稳定性的两个因素。当激光器自身影响功率稳定性的因素都排除或降到最低后，激光器内外温差是成为影响激光器稳定性的主要因素。本实用新型创造就是针对这一因素，设计出一种提高激光器宽温度范围的封装装置。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种提高激光器宽温度范围的封装装置，解决了现有激光器内外温差影响激光器稳定性的问题。

本实用新型是这样实现的：一种提高激光器宽温度范围的封装装置，包括外壳恒温装置、TEC冷却装置及承载装置；承载装置，包括激光器底板及激光器基板，所述激光器基板、激光器底板为热导材料；所述激光器底板上设有容置TEC冷却装置的凹槽；所述激光器基板盖住所述凹槽口，激光器基板上表面承载光学器件；外壳恒温装置，包括外盖、隔热绝缘材料层及内盖；所述内盖固定于激光器底板上，形成一容置光学器件的空间；所述隔热绝缘材料层包裹于内盖外表面，所述外盖套在隔热绝缘材料层包裹的内盖外部；所述外壳恒温装置侧壁设有电源接口和激光输出孔，所述电源接口为光学器件及TEC冷却装置的供电接口，激光输出孔实现激光输出。

其中，所述容置光学器件的空间为方形体，所述电源接口和激光输出孔设于方形体相对的两侧壁。

其中，所述内盖和激光器底板通过螺丝固定，内盖与激光器底板接缝处采用密封条密封。

其中，所述隔热绝缘材料为气凝胶保温材料。

其中，所述外盖为金属材料。

其中，所述内盖、外盖下边缘吻合，内盖、外盖的连接处采用粘合或焊接的方式密封。

其中，所述内盖底部横向延伸设置凸缘，所述凸缘的宽度恰好承载所述外盖。

本实用新型的优点在于：

所述的提高激光器宽温度范围的封装装置能够有效的实现隔热恒温的效果，并且成本极低，结构间的连接易于实现，该结构对提高激光器输出稳定性有显著效果；

由紧贴在激光器基板下面的TEC冷却装置将激光器散发出来的热量带走，使光学器件能够在某一恒定温度下工作；

因为激光器内外存在温差，外界温度直接影响激光器内部温度，为了使激光器内部温度的影响最小化，本实用新型对激光器外壳进行了绝热隔热设计，采用激光器外壳恒温装置对TEC冷却装置及光学器件进行密封，对整个激光器系统而言激光器的前、后、左、右和上面均为隔热绝热面，激光器的下面为激光器内部产生热的转移面，保证激光器能够在较为恒温环境下进行工作。

附图说明

图1为本实用新型提高激光器宽温度范围的封装装置外盖的结构示意图；

图2为本实用新型提高激光器宽温度范围的封装装置内盖的结构示意图；

图3为本实用新型提高激光器宽温度范围的封装装置激光器隔热绝缘材料层的装配方法图；

图4为本实用新型提高激光器宽温度范围的封装装置组装好的结构示意图；

图5为本实用新型TEC制冷装置和激光器底板的结构示意图；

图6为本实用新型激光器整体拆分结构图。

标号说明：

外盖-1电源接口-2激光输出孔-3隔热绝缘材料层-4内盖-5激光器基板-6光学器件-7TEC冷却装置-8激光器底板-9

螺丝孔-10、11金层-12。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

一种提高激光器宽温度范围的封装装置，包括外壳恒温装置、TEC冷却装置8及承载装置。

如图5、6所示，所述承载装置，包括激光器底板9及激光器基板6，所述激光器基板6、激光器底板9为热导材料；所述激光器底板9上设有容置TEC冷却装置8的凹槽；所述激光器基板6盖住所述凹槽口，激光器基板6上表面承载光学器件7，所述光学器件7由各种光学镜片和半导体泵浦源构成，搭建成谐振腔实现激光输出。如图1、2、3、4、6所示，所述外壳恒温装置，包括外盖1、隔热绝缘材料层4及内盖5；所述内盖5固定于激光器底板9上，形成一容置光学器件7的空间；所述隔热绝缘材料层4包裹于内盖5外表面，所述外盖1套在隔热绝缘材料层4包裹的内盖5外部。如图2所示，为了方便固定所述的外盖1，所述内盖5底部横向延伸设置凸缘，所述凸缘的宽度恰好承载所述外盖，所述凸缘上表面镀有金层12，方便与外盖胶结或焊接。

如图6所示，所述外壳恒温装置侧壁设有电源接口2和激光输出孔3，所述电源接口2为光学器件7及TEC冷却装置8的供电接口，激光输出孔3实现激光输出。

如图6所示，所述的激光器基板6为激光器搭建平台，同时也是半导体二极管和增益介质的热枕，半导体及其他光学器件7将固定其上，半导体可以通过螺丝固定的方式固定在激光器基板6上，增益介质如Nd:YVO4晶体先用导热银胶固定在自己特有的热枕上，然后用焊接的方式焊接在激光器基板6上，实现良好的导热效果。所述的激光器基板6和增益介质的热枕均镀有金镀层。其他光学器件7如镜片、倍频晶体等可以采用紫外胶黏的方式固定在基板上。

如图5所示，所述的激光器底板9可以为导热系数极高的紫铜、铝、合金等金属材料，这里可以为铝，厚度可以采用2-3mm，根据激光器整体大小决定。所述的TEC冷却装置8用导热银胶固定在激光器底板9上，将热量转移到整个封装装置的外侧。

如图5所示，所述的TEC冷却装置8其制冷面与激光器基板6用导热银胶紧贴在一起，用来转移激光器基板6上光学器件7产生的热量，与热量传感器共同对激光器基板6进行控温，使温度稳定在激光器、半导体最佳工作温度。

如图1、2、3、4所示，所述外壳恒温装置包括外盖1、隔热绝缘材料层4及内盖5；所述内盖5固定于激光器底板9上，形成一容置光学器件7的空间；所述隔热绝缘材料层4包裹于内盖5外表面，所述外盖1套在隔热绝缘材料层4包裹的内盖5外部。所述外盖1可以为金属材料或坚硬非金属材料，例如铝、铁、不锈钢等，外盖1的下边缘镀有金层12，用于与内盖5封装焊接。内盖5的材料可以为金属材料，例如铝等，其下边缘镀有金层12用于封装焊接。所述的外壳恒温装置在安装时，首先将焊锡条平铺在内盖5下沿上，放在加热台上进行加热，待焊锡融化并均匀铺在整个下沿后，取下内盖5将其冷却至室温。之后将隔热材料块紧贴内盖5外侧，从前、后、左、右、上面将其包围，然后再盖上外盖1，此时外盖1与内盖5下沿紧贴，之后放在加热台上继续加热，直至焊锡融化并将两个盖子焊接在一起，最后取下内盖5与外盖1组成的整体进行冷却，完成了外壳恒温装置的组装过程。所述的隔热绝缘材料层4可以采用多个小块的隔热绝缘材料组合而成，也可以采用形状与内盖5相匹配的一体的隔热绝缘材料层4，隔热绝缘材料层4是由绝热、非导电、不易燃的保温材料构成，例如气凝胶保温材料等。

所述内盖5、外盖1下边缘吻合，内盖5、外盖1的连接处采用粘合或焊接的方式密封。所述外壳恒温装置的隔热材料完全密封在内盖5、外盖1之间，因此隔热绝缘材料层4本身的碎屑等不会对激光器内部造成影响，而且内盖5、外盖1连接处设有凸缘，通过凸缘将外盖采用胶黏或焊接的方式与内盖相密封形成一个独立的整体，即使重新打开激光器，激光器的外壳恒温装置也不需要二次组装。

如图5、6所示，所述内盖5和激光器底板9通过螺丝固定，所述内盖上设有螺丝孔10，激光器底板上设有螺丝孔11，内盖与激光器底板之间通过螺丝牢固的固定在一起，且内盖5与激光器底板9接缝处采用密封条密封。内盖5与激光器底板9之间套有密封条，在容置空间为方形体的结构中四角处采用螺丝固定，此时完成整个封装装置的组装。

如图6所示，所述外壳恒温装置侧壁设有电源接口2和激光输出孔3，所述电源接口2为光学器件7及TEC冷却装置8的供电接口，激光输出孔3实现激光输出。所述的提高激光器宽温度范围的封装装置的外壳恒温装置形成的容置光学器件7的空间可以为方形体、圆形体、柱形体等，任何可以容纳光学器件7的容置空间都可以在本实施方式中应用。当形成的容置空间为方形体时，所形成的电源接口2、激光输出孔3设于方形体相对的两侧壁。

如上所述的激光器的外壳恒温装置结构简单，牢固、密封性好，隔热绝热性能强，对提高激光器稳定性具有重要的意义。

激光器内部主要的热来源于两个方面，一个是泵浦源半导体二极管，另一个是增益介质，二者均固定在激光器基板6上。上述实施方式的一种提高激光器宽温度范围的封装装置，由紧贴在激光器基板6下面的TEC冷却装置8将热量带走使二者在某一恒定温度下工作，此时激光器内部温度也处于恒温状态。当激光器所处工作环境温度较高或较低时，对传统激光器外壳来说，因为激光器内外存在温差，外接温度直接影响激光器内部温度，为了使外接温度对激光器内部温度的影响最小化，本实施方式对激光器外壳进行了绝热隔热设计，TEC冷却装置8紧贴激光器基板6，激光器底板9紧贴在TEC冷却装置8下部，最后由外壳恒温装置进行密封，对整个激光器系统，激光器的前、后、左、右和上面均为隔热绝热面，激光器的下面为激光器内部产生热的转移面。

上所述仅为本实用新型提高激光器宽温度范围的封装装置的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于包括外壳恒温装置、TEC冷却装置及承载装置；

承载装置，包括激光器底板及激光器基板，所述激光器基板、激光器底板为热导材料；所述激光器底板上设有容置TEC冷却装置的凹槽；所述激光器基板盖住所述凹槽口，激光器基板上表面承载光学器件；

外壳恒温装置，包括外盖、隔热绝缘材料层及内盖；所述内盖固定于激光器底板上，形成一容置光学器件的空间；所述隔热绝缘材料层包裹于内盖外表面，所述外盖套在隔热绝缘材料层包裹的内盖外部；

所述外壳恒温装置侧壁设有电源接口和激光输出孔，所述电源接口为光学器件及TEC冷却装置的供电接口，激光输出孔实现激光输出。

2.根据权利要求1所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：所述容置光学器件的空间为方形体，所述电源接口和激光输出孔设于方形体相对的两侧壁。

3.根据权利要求1或2所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：所述内盖和激光器底板通过螺丝固定，内盖与激光器底板接缝处采用密封条密封。

4.根据权利要求3所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：

所述隔热绝缘材料为气凝胶保温材料。

5.根据权利要求4所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：

所述外盖为金属材料。

6.根据权利要求5所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：

所述内盖、外盖下边缘吻合，内盖、外盖的连接处采用粘合或焊接的方式密封。

7.根据权利要求6所述的提高激光器宽温度范围的封装装置，其特征在于：

所述内盖底部横向延伸设置凸缘，所述凸缘的宽度恰好承载所述外盖。