一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為新世紀(jì)發(fā)展快、成果多、學(xué)科滲透廣、應(yīng)用范圍大的核心器件，已廣泛用于激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示及科學(xué)研究領(lǐng)域。
[0003]在激光醫(yī)療的應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)將多個(gè)半導(dǎo)體激光器平行排列組合使用來實(shí)現(xiàn)大光斑的半導(dǎo)體激光光源，當(dāng)多個(gè)半導(dǎo)體激光器排列使用時(shí)，所產(chǎn)生的疊加光斑中間會(huì)產(chǎn)生暗區(qū)，一方面是因?yàn)橄噜彽陌雽?dǎo)體激光器之間存在間隙，該間隙會(huì)導(dǎo)致光斑存在暗區(qū)；另一方面是因?yàn)榘雽?dǎo)體激光器發(fā)出的光斑的光強(qiáng)呈高斯分布，即光強(qiáng)從中心至四周依次遞減，會(huì)導(dǎo)致相鄰半導(dǎo)體激光器的產(chǎn)生的激光在工作平面2上的光斑存在暗區(qū)3 (參考圖1)。疊加光斑的暗區(qū)會(huì)影響光斑均勻性，限制了其在激光醫(yī)療領(lǐng)域、側(cè)泵和表面加工領(lǐng)域等對光斑均勻性要求較高的應(yīng)用中的推廣。目前，為了消除上述暗區(qū)對光斑質(zhì)量的影響，通?？梢圆捎霉鈱W(xué)整形的方法，在半導(dǎo)體激光器的出光方向上加合束鏡、棱鏡、擴(kuò)束鏡等來實(shí)現(xiàn)對光斑質(zhì)量的優(yōu)化，達(dá)到消除中間暗區(qū)的目的。此種方法增加了光學(xué)整形模塊，會(huì)使系統(tǒng)的體積較大，成本較高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本實(shí)用新型提供了一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，可以消除相鄰兩個(gè)半導(dǎo)體激光器平行排列組合使用時(shí)光斑中間的暗區(qū)，優(yōu)化了光斑的均勻度。具體的技術(shù)方案為:
[0005]一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器包括一個(gè)或者多個(gè)自下而上依次疊加的半導(dǎo)體激光器單元；所述的半導(dǎo)體激光器單元包括制冷片和多個(gè)激光芯片，所述半導(dǎo)體激光器單元的制冷片包括制冷片主體，制冷片主體為片狀結(jié)構(gòu)，制冷片主體的一端為不完整的多邊形結(jié)構(gòu)(即多邊形結(jié)構(gòu)缺少一部分的邊)，多邊形相鄰的兩條邊的夾角Θ取值范圍為160° <θ<180°，多邊形的每一條邊均設(shè)置一個(gè)芯片安裝區(qū)，芯片安裝區(qū)為激光芯片安裝的位置。所述的激光芯片的個(gè)數(shù)與制冷片的芯片安裝區(qū)個(gè)數(shù)相等，激光芯片分別對應(yīng)焊接在制冷器的芯片安裝區(qū)上，所述的多個(gè)激光芯片發(fā)出的光束的中心光軸存在交點(diǎn)。
[0006]所述的制冷片可以為宏通道型液體制冷片，也可以為微通道型液體制冷器片。所述的宏通道型液體制冷片為制冷片主體上分布有貫通制冷片上表面和下表面的通液孔，所述的相鄰的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片的通液孔依次連通，構(gòu)成所述高功率半導(dǎo)體激光器的液體制冷通道。所述的宏通道型液體制冷片的通液孔直徑為0.3毫米一3毫米。
[0007]所述的微通道型液體制冷片為制冷片主體上設(shè)置有入液孔和出液孔，且制冷片內(nèi)部分布有液體制冷通道，該液體制冷通道與入液孔以及出液孔相互連通；所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元的入液孔相互連通，出液孔相互連通。所述的微通道型液體制冷片的液體制冷通道直徑為0.1毫米一 I毫米。
[0008]所述的制冷片材料為高導(dǎo)熱率的金屬材料，比如銅。
[0009]本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]1.本方案所提出的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，相比增加了光學(xué)整形模塊的方案，具有更小的體積，降低了成本；
[0011]2.本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器最終得到的光束質(zhì)量好，光斑均勻；
[0012]3.本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的制冷片可根據(jù)客戶需求選擇多種制冷方式，也可以根據(jù)激光光斑工作距離以及對光斑質(zhì)量的要去修改制冷片相鄰的芯片安裝區(qū)的夾角，具有應(yīng)用的靈活性；
[0013]4.本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器在激光醫(yī)療的應(yīng)用中具有優(yōu)勢，尤其是激光脫毛的應(yīng)用，本方案可以實(shí)現(xiàn)較小的光斑工作距離，減小激光醫(yī)療儀器的體積。
【附圖說明】
[0014]圖1為平行排列的半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的中間暗區(qū)。
[0015]圖2為本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的實(shí)施例。
[0016]圖3為本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的消除中間暗區(qū)的光路原理。
[0017]圖4a為本方案中的微通道型液體制冷片結(jié)構(gòu)。
[0018]圖4b為本方案中的微通道型液體制冷片結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0019]圖5為本方案中的宏通道型液體制冷片結(jié)構(gòu)。
[0020]附圖標(biāo)號(hào)說明:1為半導(dǎo)體激光器疊陣，2為激光的工作平面，3為中間暗區(qū)，4為多邊形相鄰的兩條邊的夾角Θ，5為半導(dǎo)體激光器單元的制冷片，6為激光芯片，7為微通道型液體制冷片的入液孔，8為微通道型液體制冷片的出液孔，9為微通道型液體制冷片的液體制冷通道，10為宏通道型液體制冷片的通液孔，11為芯片安裝區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]圖2為本方案的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的一個(gè)實(shí)施例，包括多個(gè)自下而上依次疊加的半導(dǎo)體激光器單元；所述的半導(dǎo)體激光器單元包括制冷片5和多個(gè)激光芯片6，所述半導(dǎo)體激光器單元的制冷片5包括制冷片主體，制冷片主體為片狀結(jié)構(gòu)，制冷片主體的一端為不完整的多邊形結(jié)構(gòu)，多邊形相鄰的兩條邊的夾角Θ取值范圍為160° < Θ <180°，多邊形的每一條邊均設(shè)置一個(gè)芯片安裝區(qū)11，芯片安裝區(qū)11為激光芯片6安裝的位置。所述的激光芯片6的個(gè)數(shù)與制冷片的芯片安裝區(qū)11個(gè)數(shù)相等，激光芯片6分別對應(yīng)焊接在制冷片的芯片安裝區(qū)11上，所述的多個(gè)激光芯片發(fā)出的光束的中心光軸存在交點(diǎn)。圖2的實(shí)施例采用的兩片激光芯片6，半導(dǎo)體激光器單元的制冷片主體一端的多邊形為V型，V型的夾角Θ取值范圍為160° < Θ <180°。
[0022]圖3為本方案的垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器的消除中間暗區(qū)的光路原理，圖3的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片一端的多邊形包括三條邊，即包括三個(gè)芯片安裝區(qū)，相鄰的芯片安裝區(qū)的夾角Θ取值范圍為160° < Θ <180°。
[0023]所述的制冷片5可以為宏通道型液體制冷片，也可以為微通道型液體制冷器片。
[0024]圖4a為一種微通道型液體制冷片的結(jié)構(gòu)，微通道型液體制冷片為制冷片主體上設(shè)置有入液孔7和出液孔8，且制冷片內(nèi)部分布有微小的液體制冷通道9，參考圖4b的微通道型液體制冷片結(jié)構(gòu)的剖面圖，該液體制冷通道9與入液孔7以及出液孔8相互連通；所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光器單元的入液孔7相互連通，出液孔8相互連通。所述的微通道型液體制冷片的液體制冷通道9直徑為0.1毫米一 I毫米。
[0025]圖5為一種宏通道型液體制冷片結(jié)構(gòu)，所述的宏通道型液體制冷片為制冷片主體上分布有貫通制冷片上表面和下表面的通液孔10，所述的相鄰的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片的通液孔10依次連通，構(gòu)成所述高功率半導(dǎo)體激光器的液體制冷通道。所述的宏通道型液體制冷片的通液孔10直徑為0.3毫米一 3毫米。
[0026]所述的制冷片材料為高導(dǎo)熱率的金屬材料，比如銅。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:包括一個(gè)或者多個(gè)自下而上依次疊加的半導(dǎo)體激光器單元；所述的半導(dǎo)體激光器單元包括制冷片和多個(gè)激光芯片，所述的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片包括制冷片主體，制冷片主體為片狀結(jié)構(gòu)，制冷片主體的一端為不完整的多邊形結(jié)構(gòu)，多邊形相鄰的兩條邊的夾角Θ取值范圍為160° <θ<180°，多邊形的每一條邊均設(shè)置一個(gè)芯片安裝區(qū)，芯片安裝區(qū)為激光芯片安裝的位置；所述的激光芯片的個(gè)數(shù)與制冷片的芯片安裝區(qū)個(gè)數(shù)相等，激光芯片分別對應(yīng)焊接在制冷器的芯片安裝區(qū)上，所述的多個(gè)激光芯片發(fā)出的光束的中心光軸存在交點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的制冷片為宏通道型液體制冷片，或者為微通道型液體制冷器片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的宏通道型液體制冷片為制冷片主體上分布有貫通制冷片上表面和下表面的通液孔，所述的相鄰的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片的通液孔依次連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的微通道型液體制冷片為制冷片主體上設(shè)置有入液孔和出液孔，且制冷片內(nèi)部分布有液體制冷通道，該液體制冷通道與入液孔，出液孔相互連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的宏通道型液體制冷片的通液孔直徑為0.3毫米一 3毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的微通道型液體制冷片的液體制冷通道直徑為0.1毫米一I毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，其特征在于:所述的半導(dǎo)體激光器單元的制冷片的材料為銅。
【專利摘要】本實(shí)用新型提出了一種垂直疊陣高功率半導(dǎo)體激光器，包括一個(gè)或者多個(gè)自下而上依次疊加的半導(dǎo)體激光器單元，所述的半導(dǎo)體激光器單元包括制冷片和多個(gè)激光芯片，半導(dǎo)體激光器單元的制冷片包括制冷片主體，制冷片主體為片狀結(jié)構(gòu)，制冷片主體的一端為不完整的多邊形結(jié)構(gòu)，多邊形的每一條邊均設(shè)置一個(gè)芯片安裝區(qū)。本方案消除了多個(gè)半導(dǎo)體激光器水平排列使用時(shí)產(chǎn)生的光斑中間暗區(qū)，提高了光斑的均勻性，此外可以減小半導(dǎo)體激光器的光斑工作平面的距離，尤其在激光醫(yī)療的應(yīng)用中突顯優(yōu)勢，減小了激光醫(yī)療系統(tǒng)的體積。
【IPC分類】H01S5-40, A61B18-20, H01S5-024
【公開號(hào)】CN204407684
【申請?zhí)枴緾N201520078170
【發(fā)明人】蔡磊, 于冬杉, 梁雪杰, 劉興勝
【申請人】西安炬光科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年2月4日