CN207265415U - 一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，无需复杂的整形系统，可直接输出圆形光斑，具有较小的体积，且光斑均匀性较好。该半导体激光器光源模块的多个半导体激光器整体呈环形排布，出光方向平行于环形结构的中心轴；环形排布中心为柱形的内固定块，用于安装固定所述多个半导体激光器，每个半导体激光器的外侧面紧贴有外固定块，在全部外固定块构成的整体的外周设置有锁紧装置，用于将全部半导体激光器向内固定块压紧固定。

Description

一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块

技术领域

本实用新型涉及一种半导体激光器封装结构。

背景技术

随着半导体激光器越来越广泛的应用领域，产生了众多圆形光斑的应用领域，而传统的半导体激光器叠阵为多个巴条(bar条)沿其快轴方向进行垂直叠加而成，所发出的激光光斑为方形光斑，方向光斑与圆形光斑相比，方光斑一般使用柱面镜，方向性要求高，装调要求高便利性差，而圆形光斑有利于球面镜整形和快速切换镜头。目前并没有成熟的封装方式可以直接得到高功率密度的圆形光斑，一般采用对叠阵产生的方形光斑进行整形后得到圆形光斑，包括以下几种方法：

1.将方形光斑进行切割&重排(透射式棱镜切割重排法或阶梯棱镜反射切割重排法)，外加快慢整形透镜，让光源变为方形并快慢轴发散角一致；然后加圆形光阑孔，对边角少量能量进行拦光，输出圆形光斑。

2.将方形光斑进行整形(快慢轴角度压缩)，耦合进圆柱形光学元件进行全反射输出(光纤或圆柱形，圆锥型光导管)光斑。

上述方形变为圆形都需要进行光学整形，激光经过光学系统，会能量损失，并且光学系统占用了较长的系统体积，导致成本增加、体积较大。

实用新型内容

本实用新型提出一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，无需复杂的整形系统，可直接输出圆形光斑，具有较小的体积，且光斑均匀性较好。

本实用新型的解决方案如下：

一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，包括多个半导体激光器，所述半导体激光器包括片状制冷器以及键合其上的激光芯片，所述多个半导体激光器整体呈环形排布，出光方向平行于环形结构的中心轴；环形排布中心为柱形的内固定块，用于安装固定所述多个半导体激光器，每个半导体激光器的外侧面紧贴有外固定块，在全部外固定块构成的整体的外周设置有锁紧装置，用于将全部半导体激光器向内固定块压紧固定。

在以上方案的基础上，本实用新型还进一步作了如下重要优化：

各个半导体激光器的正、负电极以嵌套方式实现，其中正电极位于半导体激光器与内固定块之间，负电极位于半导体激光器与外固定块之间。当然，电连接方式不限与此，也可以采用常规的连线结构。

所述半导体激光器为液体制冷型巴条激光器，所述内固定块底部设置进水孔，与各半导体激光器形成并联水路，至少一个外固定块与半导体激光器水路相通并在其外侧面设置出水孔。

外固定块的外侧面为弧面，与锁紧装置的接触部位相适配。

所述锁紧装置的一种具体结构和配置如下：

锁紧装置位于所述多个半导体激光器以及外固定块构成的整体的端部；所述外固定块的外侧面均具有45°—90°的斜度，使得外固定块的径向尺寸自其端面向中部由宽及窄渐变；所述锁紧装置包括与环形结构同轴设置的截面为圆形的基座以及外环，所述基座用于对外固定块在轴向上定位，外环内壁具有一段内螺纹与基座的外螺纹配合连接，通过旋转外环，能够使外环内壁局部或整体接触并逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。

进一步的，外环内壁靠近所述端部的区域为与外固定块外侧面相适配的斜面；或者外环内壁局部有凸起作为压紧外固定块的部位。

进一步的，液体制冷的水路结构优化为：所述内固定块底部设置进水孔，与各半导体激光器形成并联水路，某一个外固定块与半导体激光器水路相通，基座的外侧面设置最终的出水孔；液体制冷的水流依次经过内固定块、各半导体激光器、某一个外固定块，最终汇入基座的出水孔。

液体制冷的水路结构还可以是：水流依次经过内固定块、并行进入各半导体激光器以及相应的外固定块，最终汇入基座的出水孔；或者，水流从基座外侧流入，依次经外固定块、各半导体激光器，经内固定块，从内固定块底部的出水孔流出。

所述截面为圆形的基座内设置有与外固定块匹配的插接部件，以实现对扇形夹块在轴向上定位以及辅助固定。

所述锁紧装置还可以采用以下更为简化的另一种结构和配置：

锁紧装置位于所述多个半导体激光器以及外固定块构成的整体的端部；所述外固定块的外侧面均具有45°—90°的斜度，使得外固定块的径向尺寸自其端面向中部由宽及窄渐变；所述锁紧装置为一外环，外环内壁具有与外固定块外侧面相适配的斜面；所述外固定块外侧面具有一段外螺纹，外环内壁还具有与外固定块外螺纹相适配的内螺纹，通过外环对接外固定块并继续旋转，能够使外环内壁逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：

1、传统的半导体激光器叠阵的光斑为方形光斑，光斑方形变为圆形需要进行光学整形，导致成本增加、体积较大。本方案通过扇形夹块将多个半导体激光器组装，形成出光面均衡分布的整体圆面，直接输出圆形光斑，具有较小的体积。而且，由于半导体激光器的快慢轴发散角不一致，传统叠阵结构的光斑在不增加光源整形装置前均匀性差，本方案的环形结构光斑均匀性相对较好，可以直接在医疗等领域进行应用，尤其是激光脱毛领域。

2、本实用新型不仅可以用于半导体激光器侧面泵浦，也可以用于激光照明、激光医疗等需要圆形光斑的领域。

附图说明

图1为一个实施例的外形结构示意图。

图2为图1所示结构的拆解图。

图3为图1所示结构另一视角的示意图。

图4为液体制冷的水路示意图。

图5为另一个实施例的结构剖视图。

图6为图5所示结构中外环与外固定块直接配合的示意图。

附图标号说明：

1‐半导体激光器；2‐内固定块；3‐外固定块；4‐正电极；5‐负电极；6‐锁紧装置；601‐基座，602‐外环；7‐螺纹；8‐整体封装结构的进水口；9‐整体封装结构的出水口。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做详细说明。

如图1、图2所示，该半导体激光器光源模块包括多个半导体激光器1，半导体激光器包括片状制冷器以及键合其上的激光芯片，多个半导体激光器整体呈环形排布，出光方向平行于环形结构的中心轴；环形排布中心为柱形的内固定块2，用于安装固定这些半导体激光器1，每个半导体激光器的外侧面紧贴有外固定块3，在全部外固定块3构成的整体的外周设置有锁紧装置，用于将全部半导体激光器向内固定块压紧固定。

各个半导体激光器的正、负电极以嵌套方式实现，其中正电极4位于半导体激光器1 与内固定块2之间，负电极5位于半导体激光器1与外固定块3之间。

外固定块3的外侧面为弧面，与锁紧装置的接触部位相适配。

图2中所示的锁紧装置主要由基座601和外环602组成。具体是：锁紧装置位于多个半导体激光器以及外固定块构成的整体的端部；外固定块的外侧面均具有45°—90°的斜度，使得外固定块的径向尺寸自其端面向中部由宽及窄渐变；锁紧装置包括与环形结构同轴设置的截面为圆形的基座以及外环，基座用于对外固定块在轴向上定位，外环内壁具有一段内螺纹与基座的外螺纹配合连接，通过旋转外环，能够使外环内壁局部或整体接触(图4所示结构明确体现局部接触)并逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。

图4中所示的外环内壁局部有凸起作为压紧外固定块的部位；另外，也可以采用整体接触的方式，即外环内壁靠近所述端部的区域为与外固定块外侧面相适配的斜面。

为了更好地对扇形夹块在轴向上定位以及辅助固定，还可以在截面为圆形的基座内设置与外固定块匹配的插接部件。

半导体激光器具体可为液体制冷型巴条激光器，前述内固定块、外固定块设置有与液体制冷器匹配的水道，相接处使用O型圈对水道进行密封，在压紧状态下，液体制冷器与内固定块、外固定块之间的O型圈受压缩达到密封要求。如图3、图4所示，内固定块底部设置整体封装结构的进水口8，与各半导体激光器形成并联水路，通过外固定块上设置通水孔流入基座，完成液体制冷，在基座设置整体封装结构的出水口9。图4中箭头方向为水流方向：水路依次经过内固定块、各半导体激光器、某一个外固定块、基座。

对于锁紧装置，还有一种更为简化的结构和配置，如图5、图6所示，锁紧装置仅为一外环(无需基座)，外环内壁具有与外固定块外侧面相适配的斜面；外固定块外侧面具有一段外螺纹，外环内壁还具有与外固定块外螺纹相适配的内螺纹，通过外环对接外固定块并继续旋转，能够使外环内壁逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。

Claims (9)

1.一种实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，包括多个半导体激光器，所述半导体激光器包括片状制冷器以及键合其上的激光芯片，其特征在于：所述多个半导体激光器整体呈环形排布，出光方向平行于环形结构的中心轴；环形排布中心为柱形的内固定块，用于安装固定所述多个半导体激光器，每个半导体激光器的外侧面紧贴有外固定块，在全部外固定块构成的整体的外周设置有锁紧装置，用于将全部半导体激光器向内固定块压紧固定。

2.根据权利要求1所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：各个半导体激光器的正、负电极以嵌套方式实现，其中正电极位于半导体激光器与内固定块之间，负电极位于半导体激光器与外固定块之间。

3.根据权利要求1所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：所述半导体激光器为液体制冷型巴条激光器，所述内固定块底部设置进水孔，与各半导体激光器形成并联水路，至少一个外固定块与半导体激光器水路相通并在其外侧面设置出水孔。

4.根据权利要求1所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：所述外固定块的外侧面为弧面，与锁紧装置的接触部位相适配。

5.根据权利要求1所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：

所述锁紧装置位于所述多个半导体激光器以及外固定块构成的整体的端部；所述外固定块的外侧面均具有45°—90°的斜度，使得外固定块的径向尺寸自其端面向中部由宽及窄渐变；

所述锁紧装置包括与环形结构同轴设置的截面为圆形的基座以及外环，所述基座用于对外固定块在轴向上定位，外环内壁具有一段内螺纹与基座的外螺纹配合连接，通过旋转外环，能够使外环内壁局部或整体接触并逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。

6.根据权利要求5所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：外环内壁靠近所述端部的区域为与外固定块外侧面相适配的斜面；或者外环内壁局部有凸起作为压紧外固定块的部位。

7.根据权利要求5所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：所述半导体激光器为液体制冷型巴条激光器，所述内固定块底部设置进水孔，与各半导体激光器形成并联水路，某一个外固定块与半导体激光器水路相通，基座的外侧面设置最终的出水孔；液体制冷的水流依次经过内固定块、各半导体激光器、某一个外固定块，最终汇入基座的出水孔。

8.根据权利要求5所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：所述截面为圆形的基座内设置有与外固定块匹配的插接部件，以实现对扇形夹块在轴向上定位以及辅助固定。

9.根据权利要求1所述的实现圆形光斑的半导体激光器光源模块，其特征在于：

所述锁紧装置位于所述多个半导体激光器以及外固定块构成的整体的端部；所述外固定块的外侧面均具有45°—90°的斜度，使得外固定块的径向尺寸自其端面向中部由宽及窄渐变；

所述锁紧装置为一外环，外环内壁具有与外固定块外侧面相适配的斜面；所述外固定块外侧面具有一段外螺纹，外环内壁还具有与外固定块外螺纹相适配的内螺纹，通过外环对接外固定块并继续旋转，能够使外环内壁逐渐压紧外固定块外侧面从而将全部半导体激光器以及外固定块向内固定块压紧固定。