CN220673071U - 一种半导体激光器光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器光源。本实用新型提供的半导体激光器光源包括壳体、激光模块和聚光模块，本实施例提供的半导体激光器光源，相比于传统的光纤激光器，半导体激光器能够输出平顶矩形光斑，能量分布均匀，封边和熔覆效果更好，同时可以通过聚光模块来调整光斑的大小，通过调整光斑的大小来适应不同厚度板材的封边需求以及不同工件的熔覆需求，另外半导体激光器比光纤激光器的电光转化效率高，所以能耗更低，成本更低。

Description

一种半导体激光器光源

技术领域

本实用新型涉及激光器封边器械技术领域，具体涉及一种半导体激光器光源。

背景技术

目前，在高端家具加工制造领域，在板材切割后通常需要对板材切割侧进行封边，以提高板材的防水性能、使用寿命以及美观度。目前市场上的常规板材封边技术为胶水加热后涂抹到封边条(封边带)上后再进行与板材粘贴压紧。这种封边技术越来越显示出它的弊端，如需要涂胶、喷涂防粘剂、工件加热、刮胶单元及工序。另外时间久了，压辊和修边粘胶，多余的胶水容易固化堵塞通道，需要停线人工清理，降低生产效率，增加人工成本。而且胶水挥发污染环境，不环保。因此近年来兴起一种激光封边技术。这种封边技术采用特殊的封边带，无胶水，封边带内侧自带激光光敏活化薄膜，在激光瞬间照射后，薄膜涂层活化，达到类似焊接的状态，平整美观，节能环保。

目前通常采用光纤激光器作为激光封边机以及熔覆机的光源，光纤输出的激光束采用振镜扫描的方式进行激光封边，缺点是光纤激光器输出的光斑为能量非常集中的高斯光束，容易局部打坏封边条或较为频繁地打坏窗口保护镜，一方面增加维护成本，另一方面影响生产效率。

实用新型内容

(一)本实用新型所要解决的技术问题是：目前采用光纤激光器作为封边机以及熔覆机的光源，存在能量集中、分布不均，进而导致容易出现局部打坏封边条或者频繁地打坏窗口保护镜的情况。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型一方面实施例提供了一种半导体激光器光源，包括：壳体、激光模块和聚光模块；

所述壳体内形成容纳腔，所述激光模块设于所述容纳腔内，所述壳体上设有与所述容纳腔连通的第一出光口；所述激光模块发出多束平行光经所述聚光模块形成矩形光斑从所述第一出光口射出。

根据本实用新型的一个实施例，所述激光模块包括至少一排发光机构，每排所述发光机构包括多组间隔设置的发光单元，所述发光单元包括激光芯片、第一快轴准直镜和第一慢轴准直镜，所述激光芯片、所述第一快轴准直镜、所述第一慢轴准直镜、所述聚光模块和所述第一出光口沿着光路依次设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述激光模块包括多排发光机构，多排所述发光机构沿着光路呈台阶状由上至下依次设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述壳体包括基座和盖板，所述基座和所述盖板之间设有密封件，所述基座与所述盖板之间通过密封件密封连接，以在所述盖板和所述基座之间形成密闭的所述容纳腔。

根据本实用新型的一个实施例，所述密封件包括密封环，所述基座内部形成一侧开口的凹槽结构，所述基座的开口端边缘形成一圈密封槽，所述密封环嵌入所述密封槽内。

根据本实用新型的一个实施例，所述聚光模块包括外壳、第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜，所述外壳上设有入光口和第二出光口，所述外壳内形成聚光腔，所述第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜设于所述聚光腔内，且所述第二快轴准直镜设于所述第二慢轴准直镜和所述激光模块之间。

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体激光器光源还包括内部形成散热流道的散热块，所述散热块设于所述容纳腔内，所述激光模块安装于所述散热块上；所述散热块上设有与所述散热流道连通的进液口和排液口。

根据本实用新型的一个实施例，所述散热块还包括分隔板，所述分隔板设于所述散热流道内将所述散热流道分隔成相互连通的进液通道和排液通道，所述进液通道与所述进液口连通，所述排液通道与所述排液口连通。

根据本实用新型的一个实施例，所述进液通道和所述排液通道内均设有多个间隔设置的导流板。

根据本实用新型的一个实施例，所述半导体激光器光源还包括反射镜，所述反射镜设于所述第一出光口和所述聚光模块之间。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的半导体激光器光源包括壳体、激光模块和聚光模块，本实施例提供的半导体激光器光源可以用于封边机以及熔覆机，相比于传统的光纤激光器，半导体激光器能够输出平顶矩形光斑，能量分布均匀，封边和熔覆效果更好，能够避免破坏封边条，提升保护镜的使用寿命，进而节约维护使用成本；同时可以通过聚光模块来调整光斑的大小，通过调整光斑的大小来适应不同厚度板材的封边需求；另外半导体激光器比光纤激光器的电光转化效率高，所以能耗更低，成本更低。

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它的附图。

图1为实施例一提供的半导体激光器光源的立体图；

图2为实施例一提供的半导体激光器光源的爆炸图；

图3为图2的A部放大图；

图4为实施例一提供的激光模块的结构示意图；

图5为图4的B部放大图；

图6为实施例一提供散热块的立体图；

图7为实施例一提供的散热块的另一个视角的立体图；

图8为实施例一提供散热块的剖视图；

图9为聚光模块的结构示意图；

图10为实施例二提供的半导体激光器光源的立体图。

图标：1-壳体；11-盖板；12-基座；121-密封槽；13-容纳腔；131-反射镜；14-第一出光口；

2-激光模块；21-激光芯片；22-第一快轴准直镜；23-第一慢轴准直镜；

3-聚光模块；31-外壳；32-入光口；33-第二出光口；

4-散热块；41-散热流道；411-进液通道；412-排液通道；42-进液口；43-排液口；44-分隔板；45-导流板；

5-密封环。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1至图9所示，本实用新型一方面实施例提供了一种半导体激光器光源，用于封边机，其中所述半导体激光器光源包括壳体1、激光模块2和聚光模块3；所述壳体1内形成容纳腔13，所述激光模块2设于所述容纳腔13内，所述壳体1上设有与所述容纳腔13连通的第一出光口14；所述激光模块2发出多束平行光经所述聚光模块3形成矩形光斑从所述第一出光口14射出。

本实施例提供的半导体激光器封边光源采用半导体激光器作为加热源，相比于传统的光纤激光器，半导体激光器能够输出平顶矩形光斑，能量分布均匀，而现有的光纤激光器为光纤耦合输出光束，光纤输出的激光束采用振镜扫描的方式进行激光封边，输出的光斑为能量非常集中的高斯光束，容易局部打坏封边条；而本实施例中半导体激光器输出的为平顶矩形光斑能量分布更加均匀，因此能够避免因光束能量过度集中导致的封边条被打坏的问题，封边效果更好。同时本实施例中可以通过聚光模块3来调整光斑的大小，通过调整光斑的大小来适应不同厚度板材的封边需求，另外半导体激光器比光纤激光器的电光转化效率高，所以能耗更低，单位封边长度成本更低。

如图2、图4和图5所示，所述激光模块2包括至少一排发光机构，每排所述发光机构包括多组间隔设置的发光单元，所述发光单元包括激光芯片21、第一快轴准直镜22和第一慢轴准直镜23，所述激光芯片21、所述第一快轴准直镜22、所述第一慢轴准直镜23、所述聚光模块3和所述第一出光口14沿着光路依次设置。本实施例中激光模块2包括至少一排发光机构，而每排发光机构包括多组间隔设置的发光单元，这样可以通过调整发光单元的数量来调整半导体激光器光源的功率，本实施例提供的半导体激光封边光源，输出功率能够在0-3000W调整，其波长范围800-1000nm。

本实施例中激光芯片21可以是808nm、915nm、940nm、975nm等波长的，输出功率为10-60W的任意一种芯片或几种芯片组合；其中激光芯片21发出的光束先经过第一快轴准直镜22进行准直，再经过第一慢轴准直镜23进行准直，压缩光斑尺寸，所有的激光单元发出的经过准直的光束均进入聚光模块3内，通过聚光模块3合束输出，再次压缩光斑尺寸，然后经过第一出光口14射出，作用于板材封边。本实施例提供的半导体激光器光源可以通过调整聚光模块3的位置来调整输出光斑的尺寸，也可以通过移动光源前后位置来控制矩形光斑的大小，半导体激光封边光源输出的矩形光斑长度范围为10-50mm，宽度1.5-2.5mm，从而可以用于不同厚度板材的封边。

如图4所示，本实施例中，所述激光模块2包括多排发光机构，多排所述发光机构沿着光路呈台阶状由上至下依次设置，多排发光机构能够增大半导体激光器光源的整体功率，同时由于发光机构的数量增多，对应的发光单元的整体数量也增多，在总功率不变的情况下，可以减少单个发光单元的功率，也即是减少单个发光单元的负载，以增加半导体激光器光源的使用稳定性和使用寿命。其中，多排发光机构相互平行，且沿着光路传输的方向多排所述发光机构呈台阶状由上至下依次设置，这样能够避免多个发光机构之间发出的光束在高度位置上不会产生干涉。优选的，如图2所示，本实施例中，设置了四个激光模块2，四个所述激光模块2沿着光路传播的方向由上至下依次设置，且每个所述激光模块2包括是四个发光机构，四个所述发光机构沿着光路传播的方向由上至下依次设置。

需要说明的是，在本实施例中，所述激光模块2的数量不限于四个，也可以是只设有一个、两个、三个、五个等，同时每个激光模块2包括发光机构的数量也不限于四个，也可以是设有一个、两个、三个、五个等。

根据本实用新型的一个实施例，如图8和图9所示，所述聚光模块3包括外壳31，所述聚光模块3包括外壳31、第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜，所述外壳31上设有入光口32和第二出光口33，所述外壳31内形成聚光腔，所述第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜设于所述聚光腔内，且所述第二快轴准直镜设于所述第二慢轴准直镜和所述激光模块2之间；外壳31内形成一个聚光腔，而第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜设于所述聚光腔内，激光芯片21发出的光束经过第一快轴准直镜22和第一慢轴准直镜23准直后，再通过外壳31上开设的入光口32进入聚光腔内，光经过第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜准直压缩光束，多个激光芯片21发出的光束在聚光模块3内合束输出矩形光斑。

如图2所示，所述半导体激光器光源还包括反射镜，所述反射镜设于所述第一出光口14和所述聚光模块3之间，其中本实施例中所述第一出光口14设于壳体1的侧面，而从聚光模块3输出的光束与第一出光口14是垂直关系，因此通过设置反射镜，将自聚光模块3第二出光口33射出的光束反射至出光口，其中反射镜呈倾斜45°设置。

如图1和图2所示，所述壳体1包括基座12和盖板11，所述基座12和所述盖板11之间设有密封件，所述基座12与所述盖板11之间通过密封件密封连接，以在所述盖板11和所述基座12之间形成密闭的所述容纳腔13；本实施例中基座12与盖板11之间通过密封件密封连接，能够提高密封的可靠性，可以防止空气中的水分、灰尘进入容纳腔13内部造成激光芯片21的损坏。

可选的，如图2和图3所示，所述密封件包括密封环，所述基座12内部形成一侧开口的凹槽结构，所述基座12的开口端边缘形成一圈密封槽121，所述密封环嵌入所述密封槽121内，其中所述盖板11和所述基座12之间通过螺钉连接固定，同时通过在基座12和盖板11之间设置密封环5能够更好地提升密封性能。本实施例中，密封环5可以为环状的橡胶圈，也可以为其他密封结构，只要能够实现保证容纳腔13内的密封环境，阻止外部的水汽、灰尘进入容纳腔13内，就也能够实现本实用新型的设计思想，应属于本实用新型的保护范围。

本实施例中，如图2、图6和图7所示，所述半导体激光器光源还包括内部形成散热流道41的散热块4，所述散热块4设于所述容纳腔13内，所述激光模块2安装于所述散热块4上；所述散热块4上设有与所述散热流道41连通的进液口42和排液口43。本实施例中激光模块2设置于散热块4上，由于激光模块2工作时会产生热量，通过散热块4对激光模块2进行散热，散热块4内形成散热流道41，散热流道41与散热块4上的进液口42和排液口43连通，通过进液口42向散热流道41内通入冷却液体(例如水等冷却介质)，冷却液体与散热块4上的激光模块2进行热交换，从排液口43排出带走激光模块2产生的热量。

如图6和图7所示，所述散热块4还包括分隔板44，所述分隔板44设于所述散热流道41内将所述散热流道41分隔成相互连通的进液通道411和排液通道412，所述进液通道411与所述进液口42连通，所述排液通道412与所述排液口43连通，所述进液通道411和所述排液通道412内均设有多个间隔设置的导流板45。本实施例中，散热流道41包括进液流道和排液流道，且在进液流道和排液流道内均设有多个间隔设置的导流板45，通过设置导流板45能够引导流体的流动方向降低流速，同时整个流道的流通的截面积更大，能够避免水冷管道堵塞。而传统的散热块4，其散热流道41是一个蜿蜒的铜管设置于散热块4内，铜管的截面尺寸较小，且铜管为了增大换热面积在散热块4内蜿蜒设置，因此容易出现通道堵塞的情况，而本实施例中，并不是在散热块4内设置铜管进行散热，而是在散热块4内形成散热流道41，散热流道41包括与进液口42连通的进液通道411和与排液口43连通的排液通道412，整个散热流道41的截面尺寸相比于铜管来说更大，因此能够有效避免出现流道堵塞的情况，同时在排液通道412和进液通道411内设置导流板45能够引导冷却液体的流向，减缓冷却液体的流速，使冷却液体充分与散热块4以及散热块4上的激光模块2接触散热，提高散热效果。

本实施例中，所述半导体激光器光源还包括温度传感器和水压传感器，通过温度传感器检测散热块4的温度，通过水压传感器检测散热块4内部的水压。根据本实施例的一个示例当水压大于2bar时，且温度小于30°时，半导体激光器光源正常工作，否则系统报警，半导体激光器光源模块停止工作(例如停止对激光芯片21供电)。

本实施例另一方面还提供了一种封边机，包括上述任一实施例所述的半导体激光器光源，由于封边光源的光斑能力分布更均匀，因此其能够避免因能量集中损坏封边条，同时可以通过调整光斑的尺寸和功率，以适应不同板材的封边。

实施例二

本实施例提供了一种半导体激光器光源，本实施例提供的半导体激光器光源主要用于熔覆机，本实施例提供的半导体激光器光源与实施例一的结构大体相同，其主要区别在于，如图10所示，本实施例中没有设置反射镜131，由于实施例一种为侧出光结构，需要将激光芯片21发出的光线翻转90度，因此设置了反射镜131来调整光线的传输方向。而本实施例中为底出光结构，也即是发光机构和第一出光口14之间在一条直线上，激光模块2发出的光束通过聚光模块3后能够直接通过第一出光口14射出，因此不需要设置反射镜131，就能够实现激光正常发射，因此本实施例中，在聚光模块3和第一出光口14之间不设置反射镜131。

现有的熔覆机采用光纤激光器作为光源，光纤输出的激光束能量非常集中，容易较为频繁地打坏窗口保护镜。根据激光功率的不同，从几个小时到两三天就要更换新的窗口保护镜。一方面增加维护成本，另一方面影响生产效率。而本实施例提供的半导体激光器光源输出平顶光斑，能量均匀而且光斑面积大，对于保护镜的损害小，进而能够提升保护镜的使用寿命，减少保护镜更换的频率，节约使用成本。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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“安装”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。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，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体激光器光源，其特征在于，包括：壳体(1)、激光模块(2)和聚光模块(3)；

所述壳体(1)内形成容纳腔(13)，所述激光模块(2)设于所述容纳腔(13)内，所述壳体(1)上设有与所述容纳腔(13)连通的第一出光口(14)；所述激光模块(2)发出多束平行光经所述聚光模块(3)形成矩形光斑从所述第一出光口(14)射出。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述激光模块(2)包括至少一排发光机构，每排所述发光机构包括多组间隔设置的发光单元，所述发光单元包括激光芯片(21)、第一快轴准直镜(22)和第一慢轴准直镜(23)，所述激光芯片(21)、所述第一快轴准直镜(22)、所述第一慢轴准直镜(23)、所述聚光模块(3)和所述第一出光口(14)沿着光路依次设置。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述激光模块(2)包括多排发光机构，多排所述发光机构沿着光路呈台阶状由上至下依次设置。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述壳体(1)包括基座(12)和盖板(11)，所述基座(12)和所述盖板(11)之间设有密封件，所述基座(12)与所述盖板(11)之间通过密封件密封连接，以在所述盖板(11)和所述基座(12)之间形成密闭的所述容纳腔(13)。

5.根据权利要求4所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述密封件包括密封环(5)，所述基座(12)内部形成一侧开口的凹槽结构，所述盖板(11)盖合于所述基座(12)上以密封所述凹槽形成密封的所述容纳腔(13)；

所述基座(12)的开口端边缘形成一圈密封槽(121)，所述密封环(5)嵌入所述密封槽(121)内。

6.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述聚光模块(3)包括外壳(31)、第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜，所述外壳(31)上设有入光口(32)和第二出光口(33)，所述外壳(31)内形成聚光腔，所述第二快轴准直镜和第二慢轴准直镜设于所述聚光腔内，且所述第二快轴准直镜设于所述第二慢轴准直镜和所述激光模块(2)之间。

7.根据权利要求1所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述半导体激光器光源还包括内部形成散热流道(41)的散热块(4)，所述散热块(4)设于所述容纳腔(13)内，所述激光模块(2)安装于所述散热块(4)上；所述散热块(4)上设有与所述散热流道(41)连通的进液口(42)和排液口(43)。

8.根据权利要求7所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述散热块(4)还包括分隔板(44)，所述分隔板(44)设于所述散热流道(41)内将所述散热流道(41)分隔成相互连通的进液通道(411)和排液通道(412)，所述进液通道(411)与所述进液口(42)连通，所述排液通道(412)与所述排液口(43)连通。

9.根据权利要求8所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述进液通道(411)和所述排液通道(412)内均设有多个间隔设置的导流板(45)。

10.根据权利要求1至9任一项所述的半导体激光器光源，其特征在于，所述半导体激光器光源还包括反射镜(131)，所述反射镜(131)设于所述第一出光口(14)和所述聚光模块(3)之间。