一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的半導(dǎo)體激光器分別通過螺釘固定在散熱塊上組成激光器散熱模塊，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光耦合進(jìn)光纖可通過緊密排布或者捆綁的方式合束輸出。該系統(tǒng)解決了現(xiàn)有光纖耦合模塊光學(xué)整形復(fù)雜的問題，具有輸出光斑均勻，功率高，制作工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，并且半導(dǎo)體激光器拆裝更換簡單，輸出功率可根據(jù)客戶需求靈活調(diào)整。
【專利說明】一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)

【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】，具體涉及一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖稱合系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器的光纖耦合模塊具有體積小、重量輕、可靠性高、使用壽命長、成本低的優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，比如激光泵浦，醫(yī)療以及工業(yè)加工領(lǐng)域，尤其是在激光脫毛領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為市場的關(guān)注重點(diǎn)和各國研究的焦點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器光纖耦合方案中，激光芯片一般采用單發(fā)光單元芯片或者多發(fā)光單元(巴條芯片)，通常是在激光芯片前端加相應(yīng)的光束整形系統(tǒng)，而光學(xué)整形系統(tǒng)往往需要對光束進(jìn)行切割，旋轉(zhuǎn)，重排等，再通過空間合束、偏振合束、波長合束等方法將光束合束并耦合進(jìn)光纖，這樣的方案具有以下缺點(diǎn):
[0004](I)基于巴條的光纖f禹合產(chǎn)品成本高,要求的驅(qū)動電流大。由于加入了復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，使得整個產(chǎn)品成本提高，降低了該類產(chǎn)品的市場競爭力，同時該類產(chǎn)品往往需要很高的驅(qū)動電流，這嚴(yán)重限制了產(chǎn)品的應(yīng)用；
[0005](2)功率和亮度偏低。對于單管光纖耦合產(chǎn)品，由于其功率的限制，很難做出大功率、高亮度的激光器產(chǎn)品。而對于巴條光纖耦合產(chǎn)品，由于很難將光束耦合進(jìn)小芯徑的光纖中，所以亮度也不高；
[0006](3)工藝復(fù)雜。常見的巴條光纖耦合產(chǎn)品通常采用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，以達(dá)到小芯徑光纖耦合輸出的目的，這種光學(xué)系統(tǒng)包含了復(fù)雜的光束整形透鏡，在實(shí)際生產(chǎn)中，每增加一個透鏡，工藝難度大大增加，同時也帶來功率的損失；
[0007](4)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)技術(shù)中，為了得到好的光束質(zhì)量，無論是單管類還是Bar條類產(chǎn)品，均采用了復(fù)雜的光學(xué)整形系統(tǒng)，因此使得耦合模塊的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。
[0008]中國專利申請“一種多發(fā)光單元半導(dǎo)體激光器模塊及其制備方法”(申請?zhí)?01010239421.1)中提出了一種光纖耦合模塊，其是以半導(dǎo)體激光芯片為單元的單點(diǎn)合束光纖耦合模塊，在合束過程中將激光芯片焊接在散熱塊上，該光纖耦合模塊在不同功率的模塊或者不同數(shù)量發(fā)光點(diǎn)的應(yīng)用中，需要開發(fā)不同的夾具及工藝，增加了工業(yè)難度和成本，限制了該模塊的應(yīng)用推廣。
[0009]此外，激光芯片通過直接焊接的方式進(jìn)行封裝，一旦其中一個半導(dǎo)體激光芯片出現(xiàn)故障，后期的更換和維修很復(fù)雜，導(dǎo)致整個耦合模塊就不能使用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0010]為了克服現(xiàn)有光纖耦合方案的缺陷，本實(shí)用新型提出一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，這種系統(tǒng)中的激光器模塊無需進(jìn)行復(fù)雜的光束整形，而是由多個光纖耦合模塊采用多光纖排布合束輸出的方法，使得輸出光斑均勻、功率高，其具有制作工藝簡單、光斑均勻、成本低，半導(dǎo)體激光器拆裝簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]具體的技術(shù)方案為:
[0012]一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，包括殼體，正極端子，負(fù)極端子，正極端子和負(fù)極端子設(shè)置在殼體的側(cè)壁上用于與外接電源進(jìn)行連接，其特殊之處在于還包括散熱塊，多個半導(dǎo)體激光器，跳線接口，A光纖跳線；多個半導(dǎo)體激光器設(shè)置在殼體內(nèi)，多個半導(dǎo)體激光器通過螺釘固定在散熱塊上，散熱塊焊接或通過螺釘固定在殼體的底部，激光輸出端口設(shè)置在與殼體的側(cè)壁上，在激光輸出端口上設(shè)置(安裝)A光纖跳線用于輸出激光；各半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的激光通過跳線接口處匯入A光纖跳線輸出。
[0013]所述的多個半導(dǎo)體激光器并列排列或成階梯狀排列，多個半導(dǎo)體激光器的發(fā)射的激光在跳線接口通過A光纖跳線進(jìn)行激光輸出，半導(dǎo)體激光器之間為串聯(lián)連接，半導(dǎo)體激光器的正極與正極端子連接，負(fù)極與負(fù)極端子連接。
[0014]所述的半導(dǎo)體激光器可以為多種結(jié)構(gòu)，以下給出了幾種不同的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu):
[0015]所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片、襯底和B光纖跳線，激光芯片焊接在襯底上，襯底上開設(shè)有安裝孔，襯底可以起到散熱的作用，B光纖跳線置于激光芯片出光端用于輸出激光，半導(dǎo)體激光器可以通過襯底的安裝孔固定在散熱塊上，B光纖跳線通過跳線接口接入A光纖跳線中。多個半導(dǎo)體激光器的B光纖跳線在可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的跳線接口處一起接入A光纖跳線，A光纖跳線的孔徑較大，即將所有的B光纖跳線共同接入一根較大孔徑的A光纖跳線中。
[0016]所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片、襯底、管殼，B光纖跳線，正極端、負(fù)極端、所述的激光芯片及襯底密封設(shè)置在管殼內(nèi)，襯底可以起到散熱的作用，襯底可以選用金屬材質(zhì)或者陶瓷；激光芯片的出光方向?qū)?yīng)的管殼的壁上開有跳線端口，所述的B光纖跳線的一端接與跳線端口處用于輸出激光，B光纖跳線的另一端通過可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的跳線接口接入A光纖跳線；所述的正極端和負(fù)極端設(shè)置在管殼的側(cè)壁上用于與可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的正極端子和負(fù)極端子連接；在管殼的下表面開設(shè)有安裝孔，用于將半導(dǎo)體激光器固定在可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的散熱塊上，沿激光芯片的出光方向且在對應(yīng)的管壁之前依次設(shè)置快慢軸準(zhǔn)直鏡，激光芯片發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直后耦合進(jìn)B光纖跳線。
[0017]所述的半導(dǎo)體激光芯片可以為單發(fā)光單元芯片，或者多發(fā)光單元芯片。
[0018]所述的散熱塊上開有用于液體制冷的入液孔和出液孔且內(nèi)部有液體制冷通道。
[0019]本發(fā)明中另一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，包括殼體，正極端子，負(fù)極端子，散熱塊，半導(dǎo)體激光器，跳線接口 ；所述的半導(dǎo)體激光器的個數(shù)為多個，每個半導(dǎo)體激光器包括一根B光纖跳線，所述的散熱塊和多個半導(dǎo)體激光器設(shè)置在殼體內(nèi)，多個半導(dǎo)體激光器分別通過螺釘固定在散熱塊上，所述的散熱塊焊接或通過螺釘固定在殼體的底部，所述的跳線接口殼體側(cè)面上，所述的每個半導(dǎo)體激光器的B光纖跳線在跳線接口處緊密排布或捆綁。
[0020]所述的多個半導(dǎo)體激光器并列排列或成階梯狀排列固定在散熱塊上，半導(dǎo)體激光器模塊之間為串聯(lián)連接。
[0021]所述的散熱塊上開有用于液體制冷的入液孔和出液孔且內(nèi)部有液體制冷通道。
[0022]所述殼體材料為銅、鋁、金剛石或銅鎢合金。
[0023]本方案中可以根據(jù)需求選用多個安裝有半導(dǎo)體激光器的散熱塊，散熱塊之間以疊層方式安裝。
[0024]本實(shí)用新型的可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.本光纖耦合系統(tǒng)中的半導(dǎo)體激光器均通過機(jī)械安裝方式安裝，安裝拆卸方便，使用靈活，可根據(jù)客戶需求來選擇半導(dǎo)體激光器的個數(shù)和功率，從而調(diào)整系統(tǒng)輸出的光功率，實(shí)現(xiàn)高亮度輸出；
[0026]2.成本低，半導(dǎo)體激光器不需要光束整形系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，且本方案采用光纖輸出，使用環(huán)境不受光源、電源的限制；此外，該系統(tǒng)中的半導(dǎo)體激光器模塊可以使用統(tǒng)一的夾具及工藝，節(jié)省了生產(chǎn)成本；
[0027]3.半導(dǎo)體激光器之間采用串聯(lián)方式連接，降低了驅(qū)動電流，延長了使用壽命，并且光電轉(zhuǎn)換效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本方案中可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的一個實(shí)施例。
[0029]圖2為本方案的可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)實(shí)施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖3為半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)圖。
[0031]附圖標(biāo)號說明:1為殼體；2為半導(dǎo)體激光器；3為散熱塊；4為A光纖跳線；5為B光纖跳線；6為管殼；7為正極端子；8為負(fù)極端子；9為跳線接口。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1為一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的實(shí)施例，圖2為本實(shí)用新型的實(shí)施例中的內(nèi)部結(jié)果，包括殼體1，正極端子7，負(fù)極端子8，正極端子7和負(fù)極端8子設(shè)置在殼體I的側(cè)壁上用于與外接電源進(jìn)行連接，其特殊之處在于還包括散熱塊3，多個半導(dǎo)體激光器2，跳線接口 9，A光纖跳線4 ;多個半導(dǎo)體激光器I設(shè)置在殼體內(nèi)，多個半導(dǎo)體激光器I通過螺釘固定在散熱塊3上，散熱塊3焊接或通過螺釘固定在殼體I的底部，跳線接口 9 (激光輸出端口)設(shè)置在與殼體的側(cè)壁上，在跳線接口 9 (激光輸出端口)上設(shè)置(安裝)A光纖跳線4用于輸出激光；各半導(dǎo)體激光器I所發(fā)出的激光通過跳線接口 9處匯入A光纖跳線4輸出?；蛘甙雽?dǎo)體激光器2的個數(shù)為多個，每個半導(dǎo)體激光器2包括一根B光纖跳線5，所述的每個半導(dǎo)體激光器2的B光纖跳線5在跳線接口 9處緊密排布或捆綁。
[0033]多個半導(dǎo)體激光器2并列排列或成階梯狀排列，多個半導(dǎo)體激光器2的發(fā)射的激光在跳線接口通過A光纖跳線4進(jìn)行激光輸出，半導(dǎo)體激光器2之間為串聯(lián)連接，半導(dǎo)體激光器2的正極與正極端子7連接，負(fù)極與負(fù)極端子7連接。
[0034]半導(dǎo)體激光器2的激光芯片可以為單發(fā)光單元芯片，或者多發(fā)光單元芯片。
[0035]散熱塊3上開有用于液體制冷的入液孔和出液孔且內(nèi)部有液體制冷通道。
[0036]殼體I材料為銅、鋁、金剛石或銅鎢合金。
[0037]半導(dǎo)體激光器2可以為多種結(jié)構(gòu)，圖3給出了其中一種半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。
[0038]本方案中可以根據(jù)需求選用多個安裝有半導(dǎo)體激光器I的散熱塊3組成激光散熱塊，激光器散熱模塊為多個，散熱塊之間以疊層方式安裝，最底層的激光器散熱模塊的散熱板焊接或通過螺釘固定在可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的殼體的底部。
[0039]多個半導(dǎo)體激光器2并列排列或成階梯狀排列固定在散熱塊3上，半導(dǎo)體激光器2之間為串聯(lián)連接。
【權(quán)利要求】
1.一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖稱合系統(tǒng)，其特征在于:包括殼體，正極端子，負(fù)極端子，散熱塊，多個半導(dǎo)體激光器，跳線接口，A光纖跳線；所述的正極端子，負(fù)極端子用于與外接電源進(jìn)行連接，所述的散熱塊和多個半導(dǎo)體激光器設(shè)置在殼體內(nèi)，多個半導(dǎo)體激光器分別通過螺釘固定在散熱塊上組成激光器散熱模塊，所述的散熱塊焊接或通過螺釘固定在殼體的底部，所述的跳線接口設(shè)置在多個半導(dǎo)體激光器出光方向?qū)?yīng)的殼體側(cè)面上，各半導(dǎo)體激光器所發(fā)出的激光通過跳線接口處匯入A光纖跳線輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片、襯底和B光纖跳線，激光芯片焊接在襯底上，襯底上開設(shè)有安裝孔，B光纖跳線置于激光芯片出光端用于輸出激光，半導(dǎo)體激光器可以通過襯底的安裝孔固定在散熱塊上，所述的B光纖跳線通過跳線接口接入A光纖跳線中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的半導(dǎo)體激光器包括激光芯片、襯底、管殼，B光纖跳線，正極端、負(fù)極端、所述的激光芯片及襯底密封設(shè)置在管殼內(nèi)，激光芯片的出光方向?qū)?yīng)的管殼的壁上開有跳線端口，所述的B光纖跳線的一端接與跳線端口處用于輸出激光，B光纖跳線的另一端通過可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的跳線接口接入A光纖跳線；所述的正極端和負(fù)極端設(shè)置在管殼的側(cè)壁上用于與可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的正極端子和負(fù)極端子連接；在管殼的下表面開設(shè)有安裝孔，用于將半導(dǎo)體激光器固定在可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的散熱塊上，沿激光芯片的出光方向且在對應(yīng)的管壁之前依次設(shè)置快慢軸準(zhǔn)直鏡，激光芯片發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直后耦合進(jìn)B光纖跳線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的半導(dǎo)體激光器的激光芯片可以為單發(fā)光單元的半導(dǎo)體激光芯片。
5.—種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖稱合系統(tǒng),其特征在于:包括殼體，正極端子，負(fù)極端子，散熱塊，半導(dǎo)體激光器，跳線接口 ；所述的半導(dǎo)體激光器的個數(shù)為多個，每個半導(dǎo)體激光器包括一根B光纖跳線，所述的散熱塊和多個半導(dǎo)體激光器設(shè)置在殼體內(nèi)，多個半導(dǎo)體激光器分別通過螺釘固定在散熱塊上組成激光器散熱模塊，所述的散熱塊焊接或通過螺釘固定在殼體的底部，所述的跳線接口殼體側(cè)面上，所述的每個半導(dǎo)體激光器的B光纖跳線在跳線接口處緊密排布或捆綁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光器散熱模塊為多個，激光器散熱模塊之間以疊層方式安裝，最底層的激光器散熱模塊的散熱板焊接或通過螺釘固定在可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)的殼體的底部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的多個半導(dǎo)體激光器并列排列或成階梯狀排列固定在散熱塊上，半導(dǎo)體激光器模塊之間為串聯(lián)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述的散熱塊上開有用于液體制冷的入液孔和出液孔且內(nèi)部有液體制冷通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種可拆卸式高功率半導(dǎo)體激光器光纖耦合系統(tǒng)，其特征在于:所述殼體材料為銅、招、金剛石或銅鶴合金。
【文檔編號】H01S5/06GK204190165SQ201420655001
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】劉鑫, 楊凱, 鄭艷芳, 賀永貴, 劉興勝 申請人:西安炬光科技有限公司