CN220209611U - 一种直接输出半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，公开了一种直接输出半导体激光器，包括：多个散热单元和壳体，多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布在壳体内；散热单元包括多个半导体激光器单管和散热底座，多个半导体激光器单管沿第二方向并排安装在散热底座的承载平面，第一方向垂直于第二方向；半导体激光器单管的出光方向垂直于第一方向且垂直于第二方向。本实用新型保证了半导体激光器单管散热效果一致，且保证了各芯片工作温度的一致，有利于芯片可靠性、输出功率、中心波长的一致。

Description

一种直接输出半导体激光器

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种直接输出半导体激光器。

背景技术

半导体激光器具有效率高、结构紧凑、波长范围宽、成本低、可靠性高等优良特性，广泛应用于工业激光器泵浦、工业加工、生物医学、激光雷达、激光通信等领域。

相关的半导体激光器通过芯片台阶排布对多单管进行光束整形及合束，但是由于台阶合束，导致不同单管到模块壳体底部的距离不一致，同时模块通过模块壳体底部与水冷板接触散热，这就导致不同单管的散热效果不一致，导致芯片因工作温度不同而产生功率、中心波长、可靠性的差异。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种直接输出半导体激光器，以解决半导体激光器中不同单管散热不一致，导致芯片因工作温度不同而产生功率、中心波长、可靠性的差异的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种直接输出半导体激光器，包括：

多个散热单元和壳体，多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布在壳体内；散热单元包括多个半导体激光器单管和散热底座，多个半导体激光器单管沿第二方向并排安装在散热底座的承载平面，散热底座厚度相同，第一方向垂直于第二方向；半导体激光器单管的出光方向垂直于第一方向且垂直于第二方向。

本实施例提供的一种直接输出半导体激光器，通过多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布在壳体内，将多个半导体激光器单管沿第二方向并排安装在散热底座的承载平面，且散热底座厚度相同，使得半导体激光器单管散热效果一致，保证了各芯片工作温度的一致，有利于芯片可靠性、输出功率、中心波长的一致。

在一种可选的实施方式中，散热单元，还包括：

正负电极，正负电极与散热底座两端绝缘连接，与半导体激光器单管通过导线连接。

在一种可选的实施方式中，壳体设置有卡槽，正负电极通过卡槽延伸至壳体外部。

在一种可选的实施方式中，还包括：

盖板，盖板设置在壳体的开口处。

在一种可选的实施方式中，还包括：

准直透镜组，准直透镜组沿半导体激光器单管的出光方向设置在盖板上；准直透镜组中的各准直透镜与各半导体激光器单管一一对应设置。

在一种可选的实施方式中，还包括：准直透镜，准直透镜沿半导体激光器单管的出光方向设置在盖板上，准直透镜设置为各方向曲率半径相同的单个圆透镜，或者设置为相互垂直的两个方向曲率半径不同的单个圆透镜，或者设置为两个柱透镜。

在一种可选的实施方式中，散热底座的承载平面两端向上延伸成型有凸起，半导体激光器单管设置在凸起之间。

在一种可选的实施方式中，多个半导体激光器单管焊接在散热底座的承载平面。

在一种可选的实施方式中，多个半导体激光器单管之间通过导线连接。

在一种可选的实施方式中，半导体激光器单管采用COS封装的边发射半导体激光器芯片或量子级联芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的一种直接输出半导体激光器的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布的示意图；

图3是根据本实用新型实施例的散热单元的结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的准直透镜组沿半导体激光器单管的出光方向设置在盖板上的结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的半导体激光器单管COS封装的示意图。

图中，1-散热单元；2-壳体；3-半导体激光器单管；4-散热底座；5-正负电极；6-卡槽；7-盖板；8-准直透镜组；9-凸起。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上端”、“内部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

近年来量子级联半导体激光器（Quantum Cascade Laser，QCL）的发展，扩展了半导体激光器在环境及工业监控、分子光谱研究、气体检测等多种场景的应用。

常用的半导体激光器单管芯片封装方式有COS（Chip On Submount）封装、F-mount封装、TO（Transistor Outline）封装等，大功率半导体激光器单管芯片通常采用COS封装，封装后的单管焊接在铜壳体上，利用铜壳体进行传导冷却，为进一步提高输出功率，需要对多单管进行光束整形及合束，常用的整形和合束的方式是通过芯片台阶排布，利用反射镜将多个单管芯片的光斑进行快轴方向堆叠，形成半导体激光器单管模块。

然而半导体激光器单管由于台阶合束，导致不同单管到模块壳体底部的距离不一致，同时模块通过模块壳体底部与水冷板接触散热，这就导致不同单管的散热效果不一致，导致芯片因工作温度不同而产生功率、中心波长、可靠性的差异；另外由于光斑的快轴堆叠，各单管芯片沿垂直方向和水平方向以一定的位置差排布，导致模块光束输出端各单管光束的光程不一致。

针对上述问题，如图1所示，本实用新型实施例提供了一种直接输出半导体激光器，包括：

多个散热单元1和壳体2，多个散热单元1沿第一方向平面堆叠排布在壳体2内；散热单元1包括多个半导体激光器单管3和散热底座4，多个半导体激光器单管3沿第二方向并排安装在散热底座4的承载平面，散热底座4厚度相同，第一方向垂直于第二方向；半导体激光器单管3的出光方向垂直于第一方向且垂直于第二方向。

具体地，如图2所示，假设第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向，半导体激光器单管3的出光方向为Z轴方向，则多个散热单元1沿Y轴方向排布，形成半导体激光器单管3的快轴方向的堆叠，实现功率的提升，且多个散热单元1固定在壳体2底面上（即XY平面），多个半导体激光器单管3的出光方向朝向壳体2开口方向，即Z轴方向，如图3所示，多个半导体激光器单管3沿X轴方向分布在散热底座4上。

进一步地，散热底座4采用铜散热底座，且每个散热底座4厚度一定，以保证每一个半导体激光器单管3散热效果相同。

本实施例提供的一种直接输出半导体激光器，通过多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布在壳体内，将多个半导体激光器单管沿第二方向并排安装在散热底座的承载平面，且散热底座厚度相同，使得半导体激光器单管散热效果一致，保证了各芯片工作温度的一致，有利于芯片可靠性、输出功率、中心波长的一致。

在一种可选的实施方式中，如图3所示，散热单元1，还包括：

正负电极5，正负电极5与散热底座4两端绝缘连接，与半导体激光器单管3通过导线连接。

具体地，散热底座4两端固定正负电极5，且散热底座4与正负电极5之间绝缘，正负电极5用于给半导体激光器单管3供电。

进一步地，正负电极5与半导体激光器单管3通过导线串联连接。

在一种可选的实施方式中，壳体2设置有卡槽6，正负电极5通过卡槽6延伸至壳体2外部。

在一种可选的实施方式中，如图4所示，还包括：

盖板7，盖板7设置在壳体2的开口处。

具体地，盖板7对多个散热单元1进行密封。

在一种可选的实施方式中，还包括：

准直透镜组，准直透镜组沿半导体激光器单管3的出光方向设置在盖板7上；准直透镜组8中的各准直透镜与各半导体激光器单管3一一对应设置。

具体地，盖板7安装准直透镜组8，半导体激光器单管3发出的光束经过准直透镜组8后输出，形成半导体激光器的整体输出光束。

进一步地，通过限位装置保证各准直透镜的光轴与半导体激光器单管3出射光束的光轴重合。

本实施例提供的一种直接输出半导体激光器，由于现有多个半导体激光器单管在进行台阶空间合束时，受空间的限制，半导体激光器单管在水平方向必须进行前后排布，导致各半导体激光器单管到工作面的光程不一致的问题，因此将准直透镜组中的各准直透镜与各半导体激光器单管一一对应设置，使得半导体激光器单管直接输出，不利用台阶和反射镜进行合束，保证了各单管的光程一致。

在一种可选的实施方式中，还包括：

准直透镜，准直透镜沿半导体激光器单管的出光方向设置在盖板上，准直透镜设置为各方向曲率半径相同的单个圆透镜，或者设置为相互垂直的两个方向曲率半径不同的单个圆透镜，或者设置为两个柱透镜。

具体地，当半导体激光器单管3发出光束互相垂直两个方向发散角差异较小（例如芯片是QCL），准直透镜可以是单个圆透镜，各方向曲率半径相同，对单管发出光束的各个方向同时进行准直，根据对准直效果的要求，可以是球透镜或者非球透镜；当半导体激光器单管3发出光束互相垂直两个方向发散角差异较大（例如边发射半导体激光器），准直透镜也可以是单个曲率不同的圆透镜，即互相垂直的两个方向曲率半径不同，以匹配光束两个方向的发散角；当半导体激光器单管3发出光束互相垂直两个方向发散角差异较大时，也可以将单个透镜换成两个柱透镜，分别对垂直两个方向进行准直。

在一种可选的实施方式中，散热底座4的承载平面两端向上延伸成型有凸起9，半导体激光器单管3设置在凸起9之间。

在一种可选的实施方式中，多个半导体激光器单管3焊接在散热底座4的承载平面。

在一种可选的实施方式中，多个半导体激光器单管3之间通过导线连接。

具体地，多个半导体激光器单管3之间通过导线串联。

在一种可选的实施方式中，如图5所示，半导体激光器单管3采用COS封装的边发射半导体激光器芯片或量子级联芯片。

具体地，半导体激光器单管COS封装为半导体激光器芯片的一种封装形式，边发射半导体激光器芯片或量子级联芯片都可以封装成半导体激光器单管COS。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种直接输出半导体激光器，其特征在于，包括：

多个散热单元和壳体，所述多个散热单元沿第一方向平面堆叠排布在所述壳体内；所述散热单元包括多个半导体激光器单管和散热底座，所述多个半导体激光器单管沿第二方向并排安装在所述散热底座的承载平面，所述散热底座厚度相同，所述第一方向垂直于所述第二方向；所述半导体激光器单管的出光方向垂直于所述第一方向且垂直于所述第二方向。

2.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述散热单元，还包括：

正负电极，所述正负电极与所述散热底座两端绝缘连接，与所述半导体激光器单管通过导线连接。

3.根据权利要求2所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述壳体设置有卡槽，所述正负电极通过所述卡槽延伸至所述壳体外部。

4.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，还包括：

盖板，所述盖板设置在所述壳体的开口处。

5.根据权利要求4所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，还包括：

准直透镜组，所述准直透镜组沿所述半导体激光器单管的出光方向设置在所述盖板上；所述准直透镜组中的各准直透镜与各所述半导体激光器单管一一对应设置。

6.根据权利要求4所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，还包括：

准直透镜，所述准直透镜沿所述半导体激光器单管的出光方向设置在所述盖板上，所述准直透镜设置为各方向曲率半径相同的单个圆透镜，或者设置为相互垂直的两个方向曲率半径不同的单个圆透镜，或者设置为两个柱透镜。

7.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述散热底座的承载平面两端向上延伸成型有凸起，所述半导体激光器单管设置在所述凸起之间。

8.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述多个半导体激光器单管焊接在所述散热底座的承载平面。

9.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述多个半导体激光器单管之间通过导线连接。

10.根据权利要求1所述的一种直接输出半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器单管采用COS封装的边发射半导体激光器芯片或量子级联芯片。