CN210379762U - 一种一体式半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体式半导体激光器，包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，其中，激光器模组包括水通道热沉和半导体激光芯片，半导体激光芯片安装在水通道热沉的前端表面，水通道热沉的内部设置有散热水通道，水通道热沉的设置有进水口水嘴和出水口水嘴，进水口水嘴和出水口水嘴分别与散热水通道的两端联通，水通道热沉的相对侧壁上分别开设有凹陷的TEC制冷片安装槽；光学整形模组包括光锥晶体和晶体支架，晶体支架的一端固定连接至水通道热沉的前端，使得光锥晶体能够对来自半导体激光芯片的激光进行光束整形。该半导体激光器采用一体式设计，激光可直接经过光锥晶体进行光束整形，减少激光功率损失，且便于小型化设计。

Description

一种一体式半导体激光器

技术领域

本实用新型属于激光器技术领域，具体涉及一种一体式半导体激光器。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、成本低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如激光泵浦、医疗以及工业加工领域。

现有半导体激光器设计均采用简单独立功能的模式，即仅包括激光模组，仅具有通电产生激光的功能。激光模组需要再装配到具有密闭性的壳体内部，出光窗口采用平面光学镜片，且使用胶水粘接在壳体窗口处，并要求具有一定的密封效果。

现有激光器功能单一，客户在使用过程中需要另外配置光学整形组件、制冷散热组件、循环水冷却转接底座组件等。这些组件在设计上非常冗杂，且在最后的装配中造成不少的麻烦，并且各组件在组装后产品整体的性能效果参差不齐。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种一体式半导体激光器。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本实用新型提供了一种一体式半导体激光器，包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，其中，

所述激光器模组包括水通道热沉和半导体激光芯片，所述半导体激光芯片安装在所述水通道热沉的前端表面，所述水通道热沉的内部设置有散热水通道，所述水通道热沉的设置有进水口水嘴和出水口水嘴，所述进水口水嘴和所述出水口水嘴分别与所述散热水通道的两端联通，所述水通道热沉的相对侧壁上分别开设有凹陷的TEC制冷片安装槽；

所述光学整形模组包括光锥晶体和晶体支架，所述光锥晶体的至少一部分固定在所述晶体支架内部，所述晶体支架的一端固定连接至所述水通道热沉的前端，使得所述光锥晶体能够对来自所述半导体激光芯片的激光进行光束整形。

在本实用新型的一个实施例中，所述TEC制冷片安装槽内可拆卸地安装有TEC制冷片。

在本实用新型的一个实施例中，所述TEC制冷片安装槽的尺寸为 31×31×0.5mm，设置有尺寸为30×30×0.5mm的TEC制冷片。

在本实用新型的一个实施例中，所述晶体支架为两端开口的中空形状，包括一体成型的固定部和晶体支撑部，其中，

所述固定部套在所述水通道热沉的前端并紧固，所述晶体支撑部与所述光锥晶体具有相同的锥度，所述光锥晶体的至少一部分通过固化胶固定在所述晶体支撑部的内部，使得所述光锥晶体位于所述半导体激光芯片的出光面前端。

在本实用新型的一个实施例中，所述固定部与所述水通道热沉的接触面之间设置有密封圈。

在本实用新型的一个实施例中，所述光锥晶体的中轴线与所述半导体激光芯片的出光面重合。

在本实用新型的一个实施例中，所述光锥晶体的两端均设置有增透镀膜。

在本实用新型的一个实施例中，所述进水口水嘴和所述出水口水嘴均采用宝塔式形状。

在本实用新型的一个实施例中，所述水通道热沉的后端设置有激光器正极引线和激光器负极引线，其中，所述激光器正极引线连接至所述半导体激光芯片的正极面，所述激光器负极引线连接至所述半导体激光芯片的负极面。

在本实用新型的一个实施例中，所述水通道热沉为无氧铜材质，所述晶体支架为铝合金材质。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的半导体激光器采用一体式设计，包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，激光器模组产生的激光可以直接经过光学整形模组进行光束整形，减少了激光的功率损失，且仪器结构简单，总体积较小，便于小型化设计。

2、该一体式半导体激光器利用激光器模组自身的散热水通道直接给 TEC制冷片进行散热，能够避免新增加的水路设计负担，且由于激光器模组是纯铜材质，热传导效率高，冷却效果较好，进一步减缓了整个仪器水路水阻的负担。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的截面示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的立体示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种激光器模组的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种光学整形模组的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的光束整形示意图。

附图标记说明：

1-水通道热沉；2-半导体激光芯片；3-散热水通道；4-进水口水嘴；5- 出水口水嘴；6-TEC制冷片；7-光锥晶体；8-晶体支架；81-固定部；82-晶体支撑部；9-TEC制冷片安装槽；10-激光器正极引线；11-激光器负极引线； 12-密封圈。

具体实施方式

为了进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本实用新型提出的一种一体式半导体激光器进行说明。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的技术方案加以限制。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参见图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的截面示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的立体示意图。本实施例的一体式半导体激光器包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，其中，所述激光器模组用于在通电的条件下产生激光，所述光学整形模组用于对产生的激光光束进行整形，将发散角较大的光束进行反射收拢。

具体地，所述激光器模组包括水通道热沉1和半导体激光芯片2，半导体激光芯片2安装在水通道热沉1的前端表面，位置居中，用于在通电的条件下产生激光光束。在本实施例中，半导体激光芯片2的功率可以高达 1200W，半导体激光芯片2通过螺钉固定在水通道热沉1的前端。半导体激光器芯片2可以为单发光单元半导体激光器芯片或者多发光单元半导体激光器芯片，半导体激光器芯片2的个数可以为1个或者多个，多个半导体激光器芯片的电联接方式为串联或者并联的电联接方式。

水通道热沉1的内部设置有散热水通道3，水通道热沉1的下端设置有进水口水嘴4和出水口水嘴5，进水口水嘴4和出水口水嘴5分别与散热水通道3 的两端联通。进水口水嘴4和出水口水嘴5可以直接外接水管，供应冷却水，使得冷却水在水通道热沉1内部的散热水通道3中循环，以对半导体激光芯片2进行冷却。

在本实施例中，如图1所示，进水口水嘴4和出水口水嘴5均采用宝塔式形状，即包括多个朝向水通道热沉1的主题部分倾斜的周向齿，使得水管易安装难脱落。此外，在连接水管时，可以通过专用螺纹锁固胶进行螺纹密封。

进一步地，水通道热沉1的后端设置有激光器正极引线10和激光器负极引线11，其中，激光器正极引线10连接至半导体激光芯片2的正极面，激光器负极引线11连接至半导体激光芯片2的负极面，用于为半导体激光芯片2 供电。在本实施例中，激光器正极引线10和激光器负极引线11均采用覆铜板将电路铺设至激光器后端，预留压线螺丝孔，使用时利用螺丝压线将激光器正极引线10和激光器负极引线11锁紧即可，不需要焊接。

本实施例的水通道热沉1为无氧铜材质，热传导效率高，冷却速度较好。

进一步地，水通道热沉1的侧壁上设置有TEC制冷片6，用于所述激光器模组的散热。具体地，请参见图2和图3，其中，图3是本实用新型实施例提供的一种激光器模组的结构示意图。水通道热沉1的相对侧壁上开设有凹陷的TEC制冷片安装槽9，TEC制冷片安装槽9内可拆卸地安装有TEC制冷片6。本实施例在设计制冷散热结构时，已经预先设计出TEC制冷片的使用位置和结构，充分利用激光模块本身具有的散热功能，即，水通道热沉1内部的散热水通道3，对TEC制冷片6进行散热，不用再重新设计制冷片6的散热系统，能够避免新增加的水路设计的负担。TEC制冷片的珀尔帖效应在工作的时候一面产热，一面吸热，若要吸热面持续吸热，那么必须保证产热面持续的良好散热，将TEC制冷片的产热面贴着水通道热沉1的侧壁，利用水通道热沉1优良的散热性能对TEC制冷片进行散热。此处，在水通道热沉1的侧壁上设置TEC制冷片，不仅不需要因TEC制冷片的散热重新设计水路，而且还能使制冷的效果翻倍，实现真正的冰点。在本实施例中，TEC制冷片安装槽9 的尺寸为31×31×0.5mm，设置有尺寸为30×30×0.5mm的TEC制冷片6。

进一步地，所述光学整形模组包括光锥晶体7和晶体支架8，光锥晶体7 的至少一部分固定在晶体支架8内部，晶体支架8的一端固定连接至水通道热沉1的前端，使得光锥晶体7能够对来自半导体激光芯片2的激光进行光束整形。在本实施例中，晶体支架8为铝合金材质，主要作用是固定光锥晶体 7，晶体支架8的内部在中心轴线上是中空且具有和光锥一样的锥度。

请参见图4，图4是本实用新型实施例提供的一种光学整形模组的结构示意图。本实施例的晶体支架8为两端开口的中空形状，包括一体成型的固定部81和晶体支撑部82，其中，固定部81套在水通道热沉1的前端并紧固，晶体支撑部82与光锥晶体7具有相同的锥度，光锥晶体7的至少一部分通过固化胶固定在晶体支撑部82的内部，使得光锥晶体7位于半导体激光芯片2 的出光面前端。在本实施例中，固定部81与水通道热沉1的固定是通过内侧点胶和外侧螺丝锁紧同时进行密封锁紧。本实施例仅通过晶体支架8一个结构同时实现了对光锥晶体7的固定、光路的准直以及对半导体激光器芯片2 工作空间的密封，简化了结构。

进一步地，固定部81与水通道热沉1的接触面之间设置有密封圈12，保证固定部81与水通道热沉1之间密封连接。光锥晶体7的中轴线与半导体激光芯片2的出光面重合，使得光锥晶体7直接对激光进行光束整形。此外，光锥晶体7的两端均设置有增透镀膜。

请参见图5，图5是本实用新型实施例提供的一种一体式半导体激光器的光束整形示意图。在本实施例中，半导体激光芯片2本身的出光斑面积较大，需要将光斑面积进行压缩至小光斑。激光在入射到光锥晶体7内部后在光锥晶体7与空气界面发生全反射，将发散角较大的光束进行反射收拢。此处现有技术的结构还需要过一层平面透镜，而平面透镜会造成激光功率损失。本实施例采用光锥晶体7直接进行光束整形，不需要经过平面透镜，因而减少激光功率损失。

本实施例的半导体激光器采用一体式设计，包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，来自激光器模组的激光可直接经过光学整形模组进行光束整形，减少激光功率损失，且仪器结构简单，总体积减小，便于小型化设计。此外，该半导体激光器利用激光器模组自身的散热水通道直接给 TEC制冷片进行散热，能够避免新增加的水路设计负担，且由于激光器模组是纯铜材质，热传导效率高，冷却效果较好，同时减缓了整个仪器水路水阻的负担。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种一体式半导体激光器，其特征在于，包括密封连接的激光器模组和光学整形模组，其中，

所述激光器模组包括水通道热沉(1)和半导体激光芯片(2)，所述半导体激光芯片(2)安装在所述水通道热沉(1)的前端表面，所述水通道热沉(1)的内部设置有散热水通道(3)，所述水通道热沉(1)的设置有进水口水嘴(4)和出水口水嘴(5)，所述进水口水嘴(4)和所述出水口水嘴(5)分别与所述散热水通道(3)的两端联通，所述水通道热沉(1)的相对侧壁上分别开设有凹陷的TEC制冷片安装槽(9)；

所述光学整形模组包括光锥晶体(7)和晶体支架(8)，所述光锥晶体(7)的至少一部分固定在所述晶体支架(8)内部，所述晶体支架(8)的一端固定连接至所述水通道热沉(1)的前端，使得所述光锥晶体(7)能够对来自所述半导体激光芯片(2)的激光进行光束整形。

2.根据权利要求1所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述TEC制冷片安装槽(9)内可拆卸地安装有TEC制冷片(6)。

3.根据权利要求2所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述TEC制冷片安装槽(9)的尺寸为31×31×0.5mm，设置有尺寸为30×30×0.5mm的TEC制冷片(6)。

4.根据权利要求1所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述晶体支架(8)为两端开口的中空形状，包括一体成型的固定部(81)和晶体支撑部(82)，其中，

所述固定部(81)套在所述水通道热沉(1)的前端并紧固，所述晶体支撑部(82)与所述光锥晶体(7)具有相同的锥度，所述光锥晶体(7)的至少一部分通过固化胶固定在所述晶体支撑部(82)的内部，使得所述光锥晶体(7)位于所述半导体激光芯片(2)的出光面前端。

5.根据权利要求4所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述固定部(81)与所述水通道热沉(1)的接触面之间设置有密封圈(12)。

6.根据权利要求4所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述光锥晶体(7)的中轴线与所述半导体激光芯片(2)的出光面重合。

7.根据权利要求1所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述光锥晶体(7)的两端均设置有增透镀膜。

8.根据权利要求1所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述进水口水嘴(4)和所述出水口水嘴(5)均采用宝塔式形状。

9.根据权利要求1所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述水通道热沉(1)的后端设置有激光器正极引线(10)和激光器负极引线(11)，其中，所述激光器正极引线(10)连接至所述半导体激光芯片(2)的正极面，所述激光器负极引线(11)连接至所述半导体激光芯片(2)的负极面。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的一体式半导体激光器，其特征在于，所述水通道热沉(1)为无氧铜材质，所述晶体支架(8)为铝合金材质。

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