專利名稱：大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種固體激光腔，特別涉及一種大功率激光二極管水平線陣泵浦 固體激光腔。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的大功率激光二極管泵浦的固體激光腔中，由于大功率半導體激光器的發(fā) 散角度比較大，一般為40x10度，因此就有可能出現(xiàn)泵浦光的一部分照射到晶體棒之外而 沒有被晶體吸收的情況，或者即使全部照射到晶體，但一次吸收不完全，部分光透過晶體。 這就需要將透過或者沒有被晶體吸收的光再次反射回晶體。通常的做法是加裝準直透鏡， 使得半導體激光器的發(fā)散角度變得很小，同時，使用一根石英管，表面大部分鍍有808nm的 高反膜，剩余的部分呈120°鍍有三條808nm增透膜，大功率激光二極管巴條發(fā)出的光經(jīng)準 直后會聚到這三條鍍增透膜的狹長區(qū)域內(nèi)，然后透過石英管的管壁，被晶體吸收。由于石英 管大部分區(qū)域鍍有高反膜，未被晶體吸收的光被高反膜來回反射，直至被晶體充分地吸收， 同時石英管中通冷卻水，將產(chǎn)生的熱量迅速帶走。采用上述方法，光轉(zhuǎn)換效率低，且結(jié)構(gòu)復 雜，成本高，不利于批量生產(chǎn)。新型的泵浦方案力圖克服傳統(tǒng)方案的不足，專利公開號為CN1417906的中國專利 提出了一種集成化的環(huán)形大功率激光二極管巴條泵浦腔，該腔由多個大功率激光二極管巴 條和多個弧形電極圍成一圈安裝于絕緣圈的內(nèi)表面，弧形電極構(gòu)成了內(nèi)表面為高反射面的 密閉的泵浦腔，未充分吸收的泵浦光經(jīng)過弧形電極的內(nèi)表面多次反射最終被晶體棒吸收， 從而達到高的吸收效率，這種泵浦腔無須復雜的光學耦合系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)新穎，效率高的特 點，但是，激光器需要和弧形電極燒結(jié)在一起，不同于傳統(tǒng)的方形熱沉，增加了燒結(jié)的難度， 而且相鄰弧形電極之間一般只能燒結(jié)一個巴條，多個圍成一圈的弧形電極一般只能燒結(jié) 3-5個巴條，因此對于更大功率的應用需要多個模塊串聯(lián)而成，增加了系統(tǒng)的復雜性。中 國專利CN1681171提出一種泵浦光偏心注入，經(jīng)過泵浦腔內(nèi)壁的多次漫反射均勻泵浦激光 晶體棒的泵浦腔，泵浦光通過漫反射腔壁開的狹縫導入光，同樣無須復雜的光學耦合系統(tǒng)， 這種結(jié)構(gòu)提高了泵浦的均勻性，從而降低了晶體棒受到的熱應力，提高了光束質(zhì)量和泵浦 效率，但是由于狹縫吸收損耗較大，為此只采用單個狹縫，因此泵浦模塊只能采用單個的線 陣，導致注入的泵浦光功率受到限制，如果增加狹縫的個數(shù)則損耗會增大?？傊?，新的方案 仍然存在燒結(jié)工藝困難，系統(tǒng)構(gòu)成復雜，或者泵浦功率受到限制等缺點。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燒結(jié)工藝簡單，集成度高， 易于模塊化批量生產(chǎn)，且效率高的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔。為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是提供一種大功率激光二極管水 平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷卻水道，水冷熱沉外壁和激光二 極管水平線陣，其特征在于至少2個激光二極管水平線陣(11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設置，圍成一圈，各弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱 沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外壁(8)之間形成冷卻水道(10)； 所述的激光二極管水平線陣(11)，其激光二極管巴條( 固定于上、下兩片陶瓷熱沉(3、4) 的中間，相鄰巴條電極面的正極或負極的朝向相反，通過陶瓷熱沉上互相電隔離的電極連 在一起，構(gòu)成正、負電極串聯(lián)在一起的水平線陣。所述的激光二極管水平線陣(11)與弧形熱沉⑴之間，以及弧形熱沉⑴與水冷 熱沉內(nèi)壁(7)之間，通過焊料或者導熱膠或者導電膠連接。所述的激光二極管水平線陣(11)，其陶瓷熱沉(3、4) 一面為整個表面金屬化并且 連在一起，該面與弧形熱沉(1)相連，另外一面金屬化成互相隔開的電極，電極之間互相電 隔1 °所述的激光二極管水平線陣(11)，其線陣電極(6)由第一個和最末位的激光二極 管巴條的電極分別引出，或由陶瓷熱沉(3、4)分別引出，作為水平線陣的正極或負極。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、由于本實用新型將多個大功率激光二極管巴條通過串聯(lián)的方式燒結(jié)到長條形 的陶瓷熱沉上，構(gòu)成水平線陣，然后水平線陣再通過焊料或者導熱膠或者導電膠與弧形熱 沉相連，從而避免了直接將弧形熱沉與大功率激光二極管巴條燒結(jié)的困難，簡化了燒結(jié)的 工藝，提高了成品率。同時弧形熱沉的高反射面可以來回反射未被晶體吸收的光，使泵浦光 多次穿過晶體被充分吸收，從而提高了泵浦效率。2、本實用新型水平線陣中相鄰激光二極管巴條的正負電極位于同一面且通過陶 瓷熱沉上的電極連接在一起，從而在燒結(jié)的同時自動將水平線陣中多個巴條的正負電極連 接在一起，省去了額外的電極互聯(lián)裝置，大大縮小了封裝尺寸，使得水平線陣與弧形熱沉可 以方便地組合成環(huán)形密閉泵浦腔。單個線陣可以集成封裝多個巴條，多個線陣的組合可以 將多個巴條封裝在一起，構(gòu)成一個整體，因此，本實用新型具有較高的集成度。
圖1是本實用新型實施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光 腔結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2是本實用新型實施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣的封裝方案示 意圖；其中1、弧形熱沉；2、冷卻水流入口 ；3和4、陶瓷熱沉；5、激光二極管巴條；6、線 陣電極；7、水冷熱沉內(nèi)壁；8、水冷熱沉外壁；9、冷卻水流出口 ；10、冷卻水道；11、激光二極 管水平線陣。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例一參見圖1所示，它是本實施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣 泵浦固體激光腔結(jié)構(gòu)的截面示意圖。在圖1中，三個激光二極管水平線陣11分別與三個弧 形熱沉1連接，圍成一圈，弧形熱沉構(gòu)成了內(nèi)表面為高反射的圓柱面，該圓柱面為泵浦腔。 弧形熱沉內(nèi)表面可以拋光然后鍍金形成高反射面或者鍍高反射的介質(zhì)膜。[0017]弧形熱沉1置于水冷熱沉內(nèi)壁7的通孔內(nèi)，該水冷熱沉內(nèi)壁7和水冷熱沉外壁8之 間形成冷卻水道10用來散熱，冷卻水流入口 2流入的冷卻水，經(jīng)冷卻水道10后從冷卻水流 出口 9流出?；⌒螣岢僚c水冷熱沉內(nèi)壁之間通過焊料或者導熱膠或者導電膠連接在一起。參見圖2所示，它是本實施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣的結(jié)構(gòu)示意 圖；采用6個激光二極管巴條5燒結(jié)成串聯(lián)的水平陣列，在本例實施中，水平線陣封裝的陶 瓷熱沉3和4的材料可以采用BeO或者AlN或者SiC等，陶瓷熱沉3，4材料雙面金屬化形 成電極1和2，陶瓷熱沉一面為整個表面金屬化并且連在一起，另外一面金屬化電極分成互 相隔開的多個電極段，電極段之間互相電隔離，巴條之間間距一定的長度，中間電極段的長 度為兩個巴條的長度加上巴條之間間距的長度，陶瓷熱沉4比陶瓷熱沉3稍長，長出的部分 用來引出線陣電極6的正、負極，或者陶瓷熱沉4在首尾巴條處比陶瓷熱沉3稍寬，寬出的 部分用來引出線陣電極6的正、負極。巴條夾在陶瓷熱沉4和3之間，巴條通過焊料燒結(jié) 到陶瓷熱沉的電極上，奇偶數(shù)巴條的正負極面是顛倒放置的，如圖2中，第一個巴條正極朝 下，第二個巴條正極朝上，而第三個巴條正極又朝下，依此類推，這樣，使第一個的巴條的負 極，第2個巴條的正極通過陶瓷熱沉3的電極連接在一起，而第2個的巴條的負極，第3個巴 的正極通過陶瓷熱沉4的電極連接在一起，通過相反放置相鄰巴條的正極和負極，且通過 陶瓷熱沉上的互相隔離的分段電極，水平線陣的巴條在燒結(jié)的同時正負極就互相串聯(lián)在一 起，最后，通過陶瓷熱沉4上的電極引出的正負極作為線陣電極6。如果線陣巴條的數(shù)量為 奇數(shù)，線陣的正負極則從陶瓷熱沉3，4分別引出。這種封裝方案由于不需要額外的電極互 聯(lián)裝置，能夠?qū)⑺骄€陣的封裝尺寸大大縮小。該水平線陣由于奇偶數(shù)巴條的正負極面顛 倒放置，而正極一般發(fā)熱較大，因此兩個陶瓷熱沉都需要致冷，而且由于巴條的發(fā)光面是靠 近正極，奇偶數(shù)巴條的發(fā)光面不在同一個平面，兩者相差一個巴條的厚度大概0. 1毫米，這 在需要用準直器對巴條的光場進行準直的場合是不可以的，但是由于此處不需要準直器， 而且巴條是用來泵浦固體激光器晶體棒，出光面高度的微小差別不會影響到泵浦的效率， 另外，由于線陣的上下陶瓷熱沉與弧形熱沉連接在一起，而弧形熱沉都通過水冷熱沉散熱， 因此上下陶瓷熱沉散熱也無問題。以上實施方式可以將18個40W的激光二極管巴條封裝成一個整體，構(gòu)成一個泵浦 功率高達720W的密閉的泵浦腔。由上述實施例可以看到，本實用新型采用弧形熱沉和大功率激光二極管巴條燒結(jié) 在一起構(gòu)成一個密閉的泵浦腔的方式，將多個大功率激光二極管巴條先通過串聯(lián)的方式燒 結(jié)到長條形的陶瓷熱沉上，構(gòu)成水平線陣，然后再與弧形熱沉連接在一起，從而避免了直接 將弧形熱沉與大功率激光二極管巴條燒結(jié)的困難，簡化了燒結(jié)的工藝，提高了成品率。同 時，本實用新型水平線陣中奇偶數(shù)激光二極管巴條的正負電極位于同一面且通過陶瓷熱沉 上的電極連接在一起，從而在燒結(jié)的同時自動將水平線陣中多個巴條的正負電極連接在一 起，省去了額外的電極互聯(lián)裝置，大大縮小了封裝尺寸，使得水平陣列與弧形熱沉可以方便 地組合成環(huán)形密閉泵浦腔。而傳統(tǒng)的水平線陣奇偶數(shù)巴條的正負極不在同一面，需要額外 的電極互聯(lián)裝置將正負極相連，體積非常大。本實用新型的集成度高，單個線陣可以集成封 裝多個巴條，多個線陣的組合可以將幾十上百個巴條封裝在一起，構(gòu)成一個整體的模塊。
權(quán)利要求1.一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷 卻水道，水冷熱沉外壁和激光二極管水平線陣，其特征在于至少2個激光二極管水平線陣 (11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設置，圍成一圈，各弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的 圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外 壁(8)之間形成冷卻水道(10)；所述的激光二極管水平線陣(11)，其激光二極管巴條(5) 固定于上、下兩片陶瓷熱沉(3、4)的中間，相鄰巴條電極面的正極或負極的朝向相反，通過 陶瓷熱沉上互相電隔離的電極連在一起，構(gòu)成正、負電極串聯(lián)在一起的水平線陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)與弧形熱沉(1)之間，以及弧形熱沉(1)與水冷熱沉內(nèi)壁 (7)之間，通過焊料或者導熱膠或者導電膠連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)，其陶瓷熱沉(3、4) 一面為整個表面金屬化并且連在一 起，該面與弧形熱沉(1)相連，另外一面金屬化成互相隔開的電極，電極之間互相電隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)，其線陣電極(6)由第一個和最末位的激光二極管巴條的 電極分別引出，或由陶瓷熱沉(3、4)分別引出，作為水平線陣的正極或負極。
專利摘要本實用新型公開了一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷卻水道，水冷熱沉外壁和激光二極管水平線陣。其中，激光二極管水平線陣(11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設置，圍成一圈，弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外壁(8)之間形成冷卻水道(10)。本實用新型提供的技術(shù)方案具有制備工藝簡單，集成度高，易于模塊化批量生產(chǎn)，且效率高的特點。
文檔編號H01S5/22GK201821000SQ20102054420
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者陳志標 申請人:蘇州光格設備有限公司