本實(shí)用新型涉及激光直寫(xiě)曝光機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種用于激光直寫(xiě)曝光機(jī)的高功率紫外半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：

激光直寫(xiě)裝備在電路板PCB制造中占有重要位置，不同的曝光干膜或者油墨所對(duì)應(yīng)的最佳曝光波長(zhǎng)不同，對(duì)一種干膜或者油墨曝光時(shí)使用合適的多波長(zhǎng)能夠增加產(chǎn)能。目前單顆375nm或者405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管最大只有1.1W，如果需要大于10W的半導(dǎo)體激光器，就需要將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)耦合透鏡耦合進(jìn)光纖，再將光纖進(jìn)行捆綁?；谶@方面原理考慮，如何制作出高功率紫外半導(dǎo)體激光器已經(jīng)成為急需解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中尚無(wú)高功率紫外半導(dǎo)體激光器的缺陷，提供一種用于激光直寫(xiě)曝光機(jī)的高功率紫外半導(dǎo)體激光器來(lái)解決上述問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種用于激光直寫(xiě)曝光機(jī)的高功率紫外半導(dǎo)體激光器，包括殼體，所述的殼體內(nèi)安裝有上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列，殼體的側(cè)部設(shè)有一號(hào)光纖輸出端口和二號(hào)光纖輸出端口，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列分別位于一號(hào)光纖輸出端口的兩側(cè)；

上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列包括16個(gè)上光纖耦合模塊，下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列包括16個(gè)下光纖耦合模塊，16個(gè)上光纖耦合模塊和16個(gè)下光纖耦合模塊上均接有光纖；16個(gè)上光纖耦合模塊所接的光纖捆綁成二號(hào)光纖束，二號(hào)光纖束接入二號(hào)光纖輸出端口，16個(gè)下光纖耦合模塊所接的光纖捆綁成一號(hào)光纖束，一號(hào)光纖束接入一號(hào)光纖輸出端口。

所述上光纖耦合模塊的半導(dǎo)體發(fā)光二極管為405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，下光纖耦合模塊的半導(dǎo)體發(fā)光二極管為375nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

所述上光纖耦合模塊的半導(dǎo)體發(fā)光二極管和下光纖耦合模塊的半導(dǎo)體發(fā)光二極管均為405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

所述的上光纖耦合模塊包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管和耦合透鏡，半導(dǎo)體發(fā)光二極管和耦合透鏡均安裝在中間件上，中間件橫向安裝有連接件，連接件上安裝有光纖陶瓷插頭，光纖陶瓷插頭上連接有光纖，所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管、耦合透鏡和光纖陶瓷插頭三者依次排列且三者的中間點(diǎn)位于同一條直線上。

還包括安裝在殼體內(nèi)的循環(huán)水冷卻裝置，所述的循環(huán)水冷卻裝置包括進(jìn)水管、出水管、上導(dǎo)熱銅塊和下導(dǎo)熱銅塊，所述的進(jìn)水管和出水管均安裝在殼體的同一側(cè)部，進(jìn)水管通過(guò)上直通快速接頭安裝在上導(dǎo)熱銅塊的進(jìn)水口上，上導(dǎo)熱銅塊的出水口安裝有上直角快速接頭，上直角快速接頭安裝在串聯(lián)冷卻水管的一端，串聯(lián)冷卻水管的另一端安裝有下直角快速接頭，下直角快速接頭安裝在下導(dǎo)熱銅塊的進(jìn)水口上，下導(dǎo)熱銅塊的出水口通過(guò)下直通快速接頭與出水管相接；所述的上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列安裝在上導(dǎo)熱銅塊上，所述的下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列安裝在下導(dǎo)熱銅塊上。

所述的光纖均為石英光纖，光纖內(nèi)徑均為123um。

所述的耦合透鏡的兩個(gè)表面均為非球面結(jié)構(gòu)，耦合透鏡與半導(dǎo)體發(fā)光二極管相對(duì)的一面的數(shù)值孔徑為0.5，耦合透鏡與光纖陶瓷插頭相對(duì)的一面的數(shù)值孔徑為0.2。

所述的上導(dǎo)熱銅塊包括底座和上蓋，底座內(nèi)部橫向設(shè)有通水管，上直通快速接頭安裝在通水管的進(jìn)水口上，上直角快速接頭安裝在通水管的出水口上；底座上設(shè)有16個(gè)下凹口，上蓋底部設(shè)有16個(gè)上凹口，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列的16個(gè)上光纖耦合模塊分別安裝在16個(gè)下凹口上，上蓋安裝在底座上且16個(gè)上凹口分別安裝在上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列的16個(gè)上光纖耦合模塊上。

有益效果

本實(shí)用新型的一種用于激光直寫(xiě)曝光機(jī)的高功率紫外半導(dǎo)體激光器，與現(xiàn)有技術(shù)相比將相應(yīng)波段半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)非球面耦合透鏡收進(jìn)光纖，再對(duì)相應(yīng)波段的光纖進(jìn)行一定比例的搭配捆綁，達(dá)到同一輸出光纖束具有高功率波長(zhǎng)的目的，同時(shí)滿(mǎn)足激光器的高功率需要。本實(shí)用新型中二個(gè)光纖束可以具有相同的高輸出功率，也可以同時(shí)具有375nm和405nm波長(zhǎng)的高輸出功率，達(dá)到高功率輸出的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖2為本實(shí)用新型中上光纖耦合模塊的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3為本實(shí)用新型中上導(dǎo)熱銅塊的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3的縱向剖面圖；

圖5為圖3的結(jié)構(gòu)爆炸圖；

其中，1-半導(dǎo)體發(fā)光二極管、2-耦合透鏡、3-光纖陶瓷插頭、4-光纖、5-下光纖耦合模塊、6-上光纖耦合模塊、7-一號(hào)光纖輸出端口、8-二號(hào)光纖輸出端口、11-殼體、12-上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列、13-下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列、14-連接件、15-一號(hào)光纖束、16-二號(hào)光纖束、17-中間件、20-下導(dǎo)熱銅塊、21-進(jìn)水管、22-出水管、23-上導(dǎo)熱銅塊、24-上直通快速接頭、25-上直角快速接頭、26-串聯(lián)冷卻水管、27-下直角快速接頭、28-下直通快速接頭、31-上蓋、32-底座、33-通水管、34-下凹口、35-上凹口。

具體實(shí)施方式

為使對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)明如下：

如圖1所示，本實(shí)用新型所述的一種用于激光直寫(xiě)曝光機(jī)的高功率紫外半導(dǎo)體激光器，包括殼體11，殼體11用于各組件的安裝固定。殼體11內(nèi)安裝有上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13均用于產(chǎn)生高功率波長(zhǎng)。例如，上光纖耦合模塊6的半導(dǎo)體發(fā)光二極管為405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，下光纖耦合模塊5的半導(dǎo)體發(fā)光二極管為375nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，則上光纖耦合模塊6用于產(chǎn)生405nm波長(zhǎng)，下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13用于產(chǎn)生375nm波長(zhǎng)。再如，上光纖耦合模塊6的半導(dǎo)體發(fā)光二極管和下光纖耦合模塊5的半導(dǎo)體發(fā)光二極管均為405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，則可以產(chǎn)生兩路405nm的高功率波長(zhǎng)。

上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13在殼體11的布置可以呈鏡像對(duì)應(yīng)，只要方便光纖4的引出和纏繞即可。其中，光纖4可以均為石英光纖，光纖4內(nèi)徑均為123um，光學(xué)利用率在75%--90%之間，對(duì)375nm和405nm波段具有高透過(guò)率。殼體11的側(cè)部設(shè)有一號(hào)光纖輸出端口7和二號(hào)光纖輸出端口8，一號(hào)光纖輸出端口7和二號(hào)光纖輸出端口8為現(xiàn)有技術(shù)中的光纖輸出端口，其安裝在殼體11的側(cè)部。為了方便上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12的光纖4和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13的光纖4的引出，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13分別位于一號(hào)光纖輸出端口7（二號(hào)光纖輸出端口8）的兩側(cè)，一號(hào)光纖輸出端口7和二號(hào)光纖輸出端口8只要靠近上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13即可。

由于單顆375nm或者405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管最大只有1.1W，如果需要大于10W的半導(dǎo)體激光器，就需要將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)出的光通過(guò)耦合透鏡耦合進(jìn)光纖，再將光纖進(jìn)行捆綁。因此，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12包括16個(gè)上光纖耦合模塊6，同樣，下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13包括16個(gè)下光纖耦合模塊5。上光纖耦合模塊6與下光纖耦合模塊5兩者結(jié)構(gòu)相同。但上光纖耦合模塊6的半導(dǎo)體發(fā)光二極管也可以為405nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，下光纖耦合模塊5的半導(dǎo)體發(fā)光二極管也可以為375nm半導(dǎo)體發(fā)光二極管，這樣上光纖耦合模塊6發(fā)出405nm波長(zhǎng)，下光纖耦合模塊5發(fā)出375nm波長(zhǎng)。16個(gè)上光纖耦合模塊6和16個(gè)下光纖耦合模塊5上均接有光纖4，同理，上光纖耦合模塊6中接出的光纖4為405nm或375nm的高功率波長(zhǎng)，下光纖耦合模塊5接出的光纖4為405nm或375nm的高功率波長(zhǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)高功率波長(zhǎng)的設(shè)計(jì)要求，16個(gè)上光纖耦合模塊6所接的光纖4捆綁成二號(hào)光纖束16，則二號(hào)光纖束16分別由16根光纖4捆綁而成，其可以為405nm波長(zhǎng)或375nm波長(zhǎng)。二號(hào)光纖束16接入二號(hào)光纖輸出端口8，則從二號(hào)光纖輸出端口8輸出405nm波長(zhǎng)或375nm的高功率波長(zhǎng)。同理，另16個(gè)下光纖耦合模塊5所接的光纖4捆綁成一號(hào)光纖束15，一號(hào)光纖束15接入一號(hào)光纖輸出端口7。

如圖2所示，上光纖耦合模塊6包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管1和耦合透鏡2，半導(dǎo)體發(fā)光二極管1和耦合透鏡2均安裝在中間件17上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管1發(fā)出的光照射在耦合透鏡2上。耦合透鏡2的兩個(gè)表面均為非球面結(jié)構(gòu)，耦合透鏡2與半導(dǎo)體發(fā)光二極管1相對(duì)的一面的數(shù)值孔徑為0.5，耦合透鏡2與光纖陶瓷插頭3相對(duì)的一面的數(shù)值孔徑為0.2。耦合透鏡2設(shè)計(jì)采用非球面，能最大程度降低球差的影響，提高光學(xué)耦合利用率。其材質(zhì)可選用熱壓材料。耦合透鏡2的兩個(gè)表面均鍍有405nm或者375nm高透膜，耦合透鏡2對(duì)405nmLD或者375nm的耦合效率在75%-90%。單不局限在405nm或者375nm。

中間件17和連接件14均為現(xiàn)有技術(shù)中的安裝固定部件，中間件17橫向安裝有連接件14,其也可以利用現(xiàn)有技術(shù)中的光闌設(shè)計(jì)。連接件14上安裝有光纖陶瓷插頭3，光纖陶瓷插頭3用于接收耦合透鏡2耦合后的光信號(hào)，光纖陶瓷插頭3上連接有光纖4，光纖4將光信號(hào)輸出。半導(dǎo)體發(fā)光二極管1、耦合透鏡2和光纖陶瓷插頭3三者依次排列且三者的中間點(diǎn)位于同一條直線上，半導(dǎo)體發(fā)光二極管1發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)耦合透鏡2耦合后集中到光纖陶瓷插頭3上，并通過(guò)光纖4對(duì)外傳輸。

由于半導(dǎo)體發(fā)光二極管1工作時(shí)熱量較大，穩(wěn)定工作溫度在20℃~30℃之間，溫度波動(dòng)越大光功率越不穩(wěn)定，溫度過(guò)高甚至?xí)龎陌雽?dǎo)體發(fā)光二極管1，因此散熱就是擺在激光器設(shè)計(jì)制造中的重要問(wèn)題。如圖1和圖3所示，在箱體11中可以設(shè)計(jì)循環(huán)水冷卻裝置。循環(huán)水冷卻裝置包括進(jìn)水管21、出水管22、上導(dǎo)熱銅塊23和下導(dǎo)熱銅塊20，上導(dǎo)熱銅塊23和下導(dǎo)熱銅塊20分別用于上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13的散熱，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12安裝在上導(dǎo)熱銅塊23上，下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13安裝在下導(dǎo)熱銅塊20上。

進(jìn)水管21和出水管22均安裝在殼體11的同一個(gè)方向的側(cè)部，進(jìn)水管21用于冷水的進(jìn)入，出水管22用于循環(huán)冷水的送出。進(jìn)水管21通過(guò)上直通快速接頭24安裝在上導(dǎo)熱銅塊23的進(jìn)水口上，上導(dǎo)熱銅塊23的出水口安裝有上直角快速接頭25，在此上直通快速接頭24和上直角快速接頭25的設(shè)計(jì)可以方便上導(dǎo)熱銅塊23的拆卸，當(dāng)上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)上直通快速接頭24和上直角快速接頭25可以方便地將上導(dǎo)熱銅塊23聯(lián)同上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12一塊取出。同樣，為了方便上直通快速接頭24和上直角快速接頭25在上導(dǎo)熱銅塊23的通水管33上的安裝，通水管33的兩側(cè)均為密封圓錐管螺紋結(jié)構(gòu)，使得密封更好、安裝更方便。

串聯(lián)冷卻水管26用于循環(huán)冷水過(guò)渡使用，上直角快速接頭25安裝在串聯(lián)冷卻水管26的一端，串聯(lián)冷卻水管26的另一端安裝有下直角快速接頭27。同理，下直角快速接頭27安裝在下導(dǎo)熱銅塊20的進(jìn)水口上，下導(dǎo)熱銅塊20的出水口通過(guò)下直通快速接頭28與出水管22相接，這樣從進(jìn)水管21進(jìn)入的冷卻水經(jīng)過(guò)上直通快速接頭24再進(jìn)入上導(dǎo)熱銅塊23，對(duì)上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12進(jìn)行降溫，再通過(guò)上直角快速接頭25進(jìn)入串聯(lián)冷卻水管26，經(jīng)過(guò)上直角快速接頭25進(jìn)入下導(dǎo)熱銅塊20，對(duì)下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13進(jìn)行降溫后，通過(guò)下直通快速接頭28從出水管22輸出。

上導(dǎo)熱銅塊23與下導(dǎo)熱銅塊20兩者內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本相同，只是水流方向略有差異。在此針對(duì)上導(dǎo)熱銅塊23為例，闡述其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖4和圖5所示，上導(dǎo)熱銅塊23包括底座32和上蓋31，底座32用于安裝上光纖耦合模塊6。底座32內(nèi)部橫向設(shè)有通水管33，通水管33橫向貫穿底座32，使得安裝在底座32上的光纖耦合模塊6均能受到良好的散熱。上直通快速接頭24安裝在通水管33的進(jìn)水口上，即上直通快速接頭24安裝在上導(dǎo)熱銅塊23的進(jìn)水口上，上直角快速接頭25安裝在通水管33的出水口上，即上直角快速接頭25安裝在上導(dǎo)熱銅塊23的出水口上。

底座32上設(shè)有16個(gè)下凹口34，下凹口34為上光纖耦合模塊6的安裝座。為了得到更好的降溫效果，下凹口34可以位于通水管33的上方。上蓋31底部設(shè)有16個(gè)上凹口35，上凹口35用于和下凹口34配合對(duì)上光纖耦合模塊6進(jìn)行固定限位。上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12的16個(gè)上光纖耦合模塊6分別安裝在16個(gè)下凹口34上，其可以采用現(xiàn)有技術(shù)中多種安裝方式進(jìn)行安裝，但為了最優(yōu)的降溫效果，可以將上光纖耦合模塊6的半導(dǎo)體發(fā)光二極管1安裝在下凹口34上，直接對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光二極管1進(jìn)行降溫。上蓋31安裝在底座32上，16個(gè)上凹口35分別安裝在上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12的16個(gè)上光纖耦合模塊6上，通過(guò)上凹口35和下凹口34將上光纖耦合模塊6進(jìn)行安裝固定。

在實(shí)際使用時(shí)，上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12產(chǎn)生405nm波長(zhǎng)，下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13產(chǎn)生375nm波長(zhǎng)，或上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12和下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13均產(chǎn)生405nm波長(zhǎng)，分別從一號(hào)光纖輸出端口7和二號(hào)光纖輸出端口8輸出高功率的激光信號(hào)。冷卻水從進(jìn)水管21中進(jìn)入，對(duì)上排半導(dǎo)體發(fā)光陣列12進(jìn)行降溫后再對(duì)下排半導(dǎo)體發(fā)光陣列13進(jìn)行降溫，最后從出水管22中排出。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。