一種半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，特別涉及一種半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)，具體的說是一種半導(dǎo)體激光器安裝底座與控制器一體化設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]原子、量子技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體激光器的發(fā)揮的作用更是不容小覷，這就亟需研制體積小足夠小，便于組裝進(jìn)其他設(shè)備的小型化半導(dǎo)體激光器。傳統(tǒng)的激光器組件都是將激光器底座與控制器分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中溫控部分和電流控制部分又分別設(shè)計，這樣分為三個部分雖然便于測試，但卻明顯使得激光器總的體積增大，浪費了安裝空間，不利于系統(tǒng)的集成。
[0003]美國ILX lightwave、Throlabs是半導(dǎo)體激光器驅(qū)動控制器設(shè)計的領(lǐng)先公司，但是該公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體激光器組件多是分別設(shè)計電流控制器，溫度控制器，激光器安裝底座，沒有將三者集成化設(shè)計方案，另一方面對于半導(dǎo)體激光器組件都存在體積龐大，笨重的問題。
[0004]本發(fā)明主要的創(chuàng)新點即在于利用半導(dǎo)體激光管小巧便于安裝的優(yōu)勢，設(shè)計了將激光管底座與溫度控制器，電流控制安裝于一體的結(jié)構(gòu)。另外半導(dǎo)體激光器激光光束發(fā)散角大是其不可忽視的缺點，針對這一問題，本發(fā)明創(chuàng)新性的在出光處安置了一個出光筒，在對透鏡選型后，可以將激光光束準(zhǔn)直透鏡，光放大器等光學(xué)元件安置在出光筒內(nèi)，既節(jié)省了安裝空間，又避免了因為沒有準(zhǔn)直放大等使得激光光束質(zhì)量差的缺點?？紤]到半導(dǎo)體激光器溫度因素的關(guān)鍵性，在機構(gòu)設(shè)計中考慮了散熱設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:本發(fā)明從結(jié)構(gòu)上設(shè)計一體化，小型化的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)，克服目前國內(nèi)位對半導(dǎo)體控制器研制多是將電流源控制器與溫度控制器分開設(shè)計，并且二者在體積上都有笨，大的缺點。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)，包括平板矩形肋片散熱片組件、半導(dǎo)體激光器底座組件、半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件、半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件、帶散熱孔半導(dǎo)體激光器頂蓋組件以及遮光筒；其中:
[0007]所述的平板矩形肋片散熱片組件，用于作為半導(dǎo)體激光器熱沉，對激光器底座溫控等部件產(chǎn)生的焦耳熱散熱；
[0008]所述的半導(dǎo)體激光器底座組件，用于固定TEC、激光管、熱敏電阻、散熱銅片，安裝與電流源，溫控電路電氣連接的轉(zhuǎn)接電路板；
[0009]所述的半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件，用于安裝驅(qū)動激光器的恒流源PCB板；
[0010]所述的半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件，用于安裝溫度控制器PCB板；
[0011]所述的帶散熱孔半導(dǎo)體激光器頂蓋組件，用于將底座，電流源，溫控組為一體，同時頂蓋設(shè)有散熱孔對溫控電路板上大功率器件進(jìn)行散熱；
[0012]所述的遮光筒，用于安置準(zhǔn)直透鏡、光隔離器和光放大器。
[0013]其中，該半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)將半導(dǎo)體激光器與控制器進(jìn)行一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制器為將半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件與半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件集成一體的控制器；其中安裝激光管的半導(dǎo)體激光器底座組件與半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件通過螺栓連接，半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件與帶散熱孔半導(dǎo)體激光器頂蓋組件通過螺釘連接，實現(xiàn)一體化的特征。
[0014]其中，利用PCB板厚度僅有1.6mm的優(yōu)勢，對電流源PCB板豎裝在半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件內(nèi)的方法，壓縮半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件高度尺寸，最小化設(shè)計PCB板尺寸，將半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件與PCB板形狀相結(jié)合的設(shè)計方法，實現(xiàn)電流源控制器組件的體積尺寸做到最小的設(shè)計；其他部件如半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件，半導(dǎo)體激光器底座組件都是采用該種方法，壓縮設(shè)計尺寸；遮光筒內(nèi)可以安置準(zhǔn)直優(yōu)化光束質(zhì)量的光學(xué)元件，實現(xiàn)了小型化的特征。
[0015]其中，通過對電路板，整體結(jié)構(gòu)熱分析，對平板矩形肋片散熱片組件進(jìn)行底板厚度、肋片厚度、肋片間距設(shè)計，對帶散熱孔頂蓋組件設(shè)計，并按平板矩形肋片散熱片組件、半導(dǎo)體激光器底座組件、電流源控制器組件、溫度控制器組件、帶散熱孔頂蓋組件的順序組裝，可以在良好的熱條件下工作，實現(xiàn)熱平衡的特征；為了組裝好的半導(dǎo)體激光器、控制器一體化結(jié)構(gòu)便于放置，在半導(dǎo)體激光器底座組件與電流源控制器組件同側(cè)打螺紋孔安裝支架。
[0016]其中，所述的半導(dǎo)體激光器底座組件中，通過半導(dǎo)體激光器底座組件來固定激光LD管，該一體化小型化結(jié)構(gòu)適用于安裝T0-46封裝的任何波長激光管，在半導(dǎo)體激光器底座組件中設(shè)計兩個凸臺用來接觸安裝TEC組件，凸臺大小與TEC長寬相匹配，便于傳導(dǎo)熱量，TEC組件上面放置銅片，且激光管，熱敏電阻保證安裝與銅片接觸，便于進(jìn)行準(zhǔn)確溫度傳導(dǎo)控制；
[0017]所述的半導(dǎo)體激光器電流源控制器組件中，通過激光器電流源控制器外殼安裝恒流源PCB板，并在電流源底殼設(shè)計一高度適宜的圓筒形凸臺，筒內(nèi)徑與透鏡外徑通過螺紋，使底座激光管射出激光光束與凸透鏡焦點共軸，且凸透鏡安裝恰好使得激光管位于其焦點位置，筒內(nèi)徑設(shè)計一定的螺紋為透鏡提供伸縮的行程，便于調(diào)焦，筒外徑攻螺紋以與遮光筒組合；
[0018]所述的半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件中，通過激光器溫度控制器外殼安裝溫控PCB板，考慮到溫控與恒流源使用共同電源，且溫控電路板與電流源電路板都通過串口線與底座激光管相接，為了便于一體化走線組裝，將溫控外殼的底部掏空，只留四個帶螺紋孔的邊角凸臺與PCB板固定；
[0019]所述的遮光筒中，通過激光器遮光筒遮擋電路中的發(fā)光元件的雜散光，遮光筒長度L與電流源外殼的高11，電流源殼底壁厚hl，溫控外殼的高12有關(guān)，本發(fā)明使得L =ll+12+13-hl，遮光筒的內(nèi)徑與電流源外殼底部圓筒型凸臺的外徑通過螺紋配合，如果電流源外殼底部圓筒型凸臺外部沒有攻螺紋，也可以通過過盈配合組裝，遮光筒的另一端通過螺紋連接激光器外殼的激光器頂蓋組件；
[0020]其中，通過所述的帶散熱孔半導(dǎo)體激光器頂蓋組件分別與所述的半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件，所述的遮光筒相連接，激光器頂蓋設(shè)計散熱孔，以加強溫度控制器PCB板上大功率元件散熱；
[0021]所述的平板矩形肋片散熱片組件中，通過激光器散熱器與半導(dǎo)體激光器底座組件組合，增加激光管散熱能力，起到熱沉作用。
[0022]本發(fā)明的原理在于:
[0023]一種半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)，將半導(dǎo)體激光器的底座，控制器集成于一體的方法實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)小型化。其中控制器包括恒流源控制器與溫度控制器。通過最小化設(shè)計控制器的電路板，利用PCB板很薄的特點，最小化設(shè)計安裝電路的結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)激光器發(fā)熱特點，合理組裝各部件，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，另外遮光筒部分的設(shè)計，合理的利用了整個結(jié)構(gòu)空間。該部分通過對透鏡選型計算可以巧妙的放置準(zhǔn)直透鏡，光隔離器等于其中，最終小型化激光器與控制器結(jié)構(gòu)，因為增加了優(yōu)化光束的光學(xué)元件，使得激光的光束質(zhì)量優(yōu)于普通結(jié)構(gòu)中放置的激光器。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點:
[0025]本發(fā)明半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了激光器，電流源控制器，溫度控制器一體化組裝，通過小型化設(shè)計，具有小巧、便攜的優(yōu)點。該內(nèi)部電路調(diào)試只需將用于各個模塊組裝一起的螺釘，螺栓拆卸即可，便于拆裝。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明一種半導(dǎo)體激光器與控制器一體化小型化結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)的爆炸示意圖；
[0027]圖2a-圖2c是本發(fā)明三維剖面圖；
[0028]圖2a為半導(dǎo)體激光器左視圖；
[0029]圖2b為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)局部剖視圖；
[0030]圖2c為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)裝配圖；
[0031]圖3a-圖3d為本發(fā)明部件的二維圖；
[0032]圖3a為半導(dǎo)體激光器底座部件的俯視圖；
[0033]圖3b為半導(dǎo)體激光器電流源控制器部件的三視圖；
[0034]圖3c為半導(dǎo)體激光器溫度控制器部件的俯視圖；
[0035]圖3d為半導(dǎo)體激光器散熱頂蓋的俯視圖。
[0036]其中附圖標(biāo)記含義為:1為平板矩形肋片式散熱器，2為半導(dǎo)體激光器底座組件，3為半導(dǎo)體激光器電流控制器組件，4為半導(dǎo)體激光器溫度控制器組件，5為半導(dǎo)體激光器頂蓋組件，6為遮光筒，7為半導(dǎo)體激光器底座與半導(dǎo)體激光器電流源控制器連接螺孔，8為半導(dǎo)體激光器電流源控制器與半導(dǎo)體激光器溫度控制器連接螺孔，9為散熱片與激光器底座連接螺紋孔。