專利名稱：一種半導體激光器空間擺放陣列的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種傳導冷卻高功率半導體激光器空間擺放陣列，通 過選用多種固體激光器提供了 一種理想的泵浦光源，多種固體激光器 選用多個CS封裝半導體激光器bar條，如圖l，在本實施中，CS封裝半導體激光器bar條選用迷你型封裝半導體激光器bar條IO(以下 簡稱Mini-Bar)，其中，Mini-Bar條10是一種類似于CS封裝半導體 激光器bar條，Mini-Bar條輸出功率也與CS bar條相當，可達數十 瓦，只是其熱沉的厚度及寬度尺寸要小于CS bar條。
如圖2，所有Mini-Bar條10均需加裝快軸準直鏡11,使光束在 快軸方向形成準直平行光12輸出。
如圖3和圖4，每個Mini-Bar條10各安裝于一塊導熱性能優(yōu)良 的通水冷卻座20上，冷卻座20上設有多個冷卻水道21， Mini-Bar 條10通過冷卻座10輸入普通純凈水對其進行傳導冷卻，使用普通純 凈水作為冷卻水對Mini-Bar條10傳導冷卻，摒棄了傳統(tǒng)的陳本高昂 的微通道去離子水冷卻方式，使用及維護成本大幅降低。
再通過合理的計算，將多個安裝于冷卻座20上的Mini-Bar條 10沿快軸方向排布，并使排布后的半導體激光器的快軸方向的光束 參數積不大于慢軸方向的光束參數積，所有冷卻座20又都安裝于同 一塊絕緣非金屬件(以下將詳細敘述)上，冷卻水從該非金屬件上導 入，Mini-Bar條之間來用串聯電路連接。
眾所周知，典型半導體激光器陣列LDA結構具有以下特征發(fā)光 區(qū)尺寸為hmXlOmm;光束在垂直和平行于P-N結兩方向(俗稱快軸 和慢軸)上的發(fā)散角很大且不對稱，快軸方向發(fā)散角一般為40。左右 (半高全寬)，慢軸方向一般為IO。左右(半高全寬)；快軸方向光束 質量接近衍射極限，即M^t"l;而慢軸方向光束質量較差，其光束 參數積(BPP=co e )約為1745腿.mrad，雖然慢軸方向光束質量較差，但仍可用透鏡將其耦合進NA-0.22、芯徑為4mm的光纖、棒狀波 導或棒裝激光晶體中；又如前所述，bar條需加裝快軸準直鏡，且應 使光束在快軸方向成為準平行光，即準直后的快軸發(fā)散角應是越小越 好，最好是小于l。，再將準直后的bar條沿快軸方向排布，只要排 布后快軸方向的BPP值不大于慢軸方向的BPP值1745mn^mrad，就 可以使排布后的快軸方向也滿足前述的耦合條件，且快軸方向的束腰 直徑為wS1745/ (l*;ix*1000/180) =100mm。
若每個Mini-Bar與其相應的通水冷卻板所占據空間的高度尺寸 為20mm，則將可沿快軸方向排布的bar條個數為100mm/20mm=5個,若 進一步優(yōu)化設計，使每個Mini-Bar條所占據的空間高度尺寸更小， 則將可排布更多數量的bar條，如每個bar條的輸出功率為40W，則 本發(fā)明所揭露的單個傳導冷卻高功率半導體激光器垂直陣列的激光 輸出功率將可達200W 400W的水平，且不使用去離子水水冷系統(tǒng)， 經過另行設計的透鏡或反射鏡系統(tǒng)成像耦合后，將可成為高功率端面 泵浦激光器或板條激光器的理想泵浦光源。
所述通水冷卻板可由紅銅或鋁合金等導熱性能優(yōu)良的金屬材料 制成，亦可由導熱性能優(yōu)良的絕緣材料制成，其內部開有合理設計的 冷卻水流通水路，以對各自所安裝的Mini-Bar條進行充分的冷卻并 進行適當的溫度調諧。
本發(fā)明具體實施的關鍵是合理設計半導體激光器bar條所用的冷 卻座20的結構，并在保證bar條充分冷卻的條件下，盡量縮小單個 冷卻座所占據的空間尺寸，尤其是要縮小其高度方向的尺寸，在保證排布后的快軸方向的光束參數積不大于慢軸方向的光束參數積的情
況下，盡可能多地沿快軸方向排布bar條。 下面介紹本發(fā)明的幾個典型實施例
圖5所示為本發(fā)明的第一種實施例，每個半導體激光器bar條 10 (本實施例中為Mini-Bar條)以快軸豎直方向固定在一號冷卻座 30上，各個冷卻座30之間采用串聯方式排列，Mini-Bar條10與對 應的冷卻座30之間設有中間墊有銦膜， 一號冷卻座30由紅銅或鋁合 金制成，內部開有縱橫其間的冷卻水道(圖未示)，Mini-Bar條10 各安裝在一個一號冷卻座30上，所有冷卻座30都被安裝在一個由絕 緣材料制成的一號支撐座40上，這樣可使各個bar條10能形成串聯 電流回路，另外冷卻座30與一號支撐座40之間的水路聯接處裝有密 封圈，冷卻水(本是實施中，冷卻水為普通純凈水)從一號支撐座 40上導入導出，在本實施例中，相鄰bar條的間距為20mrn，共沿快 軸方向排布了五個bar條。
圖6所示為本發(fā)明的第二種實施例，兩個Mini-BarlO被安裝在 一個二號冷卻座60上，各個冷卻座60之間仍采用串聯方式排列。在 本實施例中，二號冷卻座60的制作材料有兩種選擇 一是選用導熱 優(yōu)良的非金屬材料，Mini-Barl0加墊銦膜后安裝于冷卻座60上；二 是選用金屬材料制作，但需在Mini-BarlO和冷卻座60之間加裝一片 導熱優(yōu)良的絕緣陶瓷片，Mini-Bar與陶瓷片之間、陶瓷片與冷卻座 之間均夾有銦膜，另外，安裝Mini-Bar的螺栓與bar條的負極之間 亦裝有一個防止短路的絕緣套，或螺栓本身為絕緣材料制成。所有冷卻座都被安裝在一個二號支撐座70上，各個bar條之間也是串聯電 路聯接，冷卻座與二號支撐座70之間的水路聯接處裝有密封圈，冷 卻水從二號支撐座70的背面導入導出，在本實施例中，相鄰bar條 的間距為13mm，共沿快軸方向排布了八個bar條。
圖7和圖8所示為本發(fā)明的第三種實施例，Mini-Bar被安裝在 三號冷卻座80上，中間墊有銦膜，三號冷卻座80由紅銅或鋁合金制 成，其進出水口開在冷卻座80的底部，冷卻座80與三號支撐座90 的水路連接處亦裝有密封圈，每個半導體激光器bar條10各安裝在 一個三號冷卻座80上，所有冷卻座80都被安裝在一個由絕緣材料制 成的三號支撐座90上，bar條間也是串聯電流回路。在本實施例中， 三號支撐座90采用階梯狀設計，各個冷卻座30之間以并聯方式排列， 可有效縮短相鄰bar條的間距，能沿LD快軸方向平行擺放數量眾多 的bar條，是一種極為理想的實施方法。
本發(fā)明所達到的技術效果是本發(fā)明為多種固體激光器提供了 一種理想的泵浦光源選擇，此種傳導冷卻高功率半導體激光器空間擺 放陣列摒棄了傳統(tǒng)的成本高昂的微通道去離子水冷卻方式，僅使用普 通純凈水即可對bar條進行傳導冷卻，僅通過對半導體激光器bar條 的空間排布就達到了與微通道水冷半導體激光器垂直陣列相類似的 使用效果。
權利要求
1.一種半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于，包括多個半導體激光器bar條、安裝該多個半導體激光器bar條的冷卻座、固定該冷卻座的支撐座，其中，半導體激光器bar條通過冷卻座輸入普通純凈水對其進行傳導冷卻，通過將多個半導體激光器bar條在冷卻座上沿快軸方向排布，使排布后的快軸光束參數積不大于慢軸方向的光束參數積。
2. 如權利要求l所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于每個冷卻座上安裝有至少一個半導體激光器bar條，各個半導體激光器bar條之間采用串聯電路連接。
3. 如權利要求2所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述每個冷卻座上安裝有兩個半導體激光器bar條。
4. 如權利要求3所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述半導體激光器bar條與冷卻座之間加裝有絕緣陶瓷片，半導體激光器bar條與對應的陶瓷片之間墊有銦膜。
5. 如權利要求2所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于多個冷卻座以快軸豎直方向固定在一支承座上，各個冷卻座之間采用串聯方式排列。
6. 如權利要求2所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于多個冷卻座以快軸平行方向固定在一呈階梯狀的支承座上，各個冷卻座之間采用并聯方式排列。
7. 如權利要求如權利要求1所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述冷卻座由紅銅或鋁合金制成，內部開有縱橫其 間的冷卻水水道。
8. 如權利要求如權利要求1所述的半導體激光器空間擺放陣 列，其特征在于冷卻座與支撐座之間的水路連接處裝有密封圈，普 通純凈水從支撐座上導入導出。
9. 如權利要求l所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在于所述半導體激光器bar條與冷卻座之間加裝有有銦膜。
10. 如權利要求1所述的半導體激光器空間擺放陣列，其特征在 于所述半導體激光器bar條為Mini-Bar條，Mini-Bar條安裝有快 軸準直鏡，使Mini-Bar條的光束在快軸方向形成準直平行光輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種傳導冷卻高功率半導體激光器空間擺放陣列包括多個半導體激光器bar條、安裝該多個半導體激光器bar條的冷卻座、固定該冷卻座的支撐座，其中，半導體激光器bar條通過冷卻座輸入普通純凈水對其進行傳導冷卻，通過將多個半導體激光器bar條在冷卻座上沿快軸方向排布，使排布后的快軸光束參數積不大于慢軸方向的光束參數積。本發(fā)明摒棄了傳統(tǒng)的成本高昂的微通道去離子水冷卻方式，使用普通純凈水即可對bar條進行傳導冷卻，通過對半導體激光器bar條以串聯電路方式排布，達到了與微通道水冷半導體激光器垂直陣列相類似的使用效果，使用及維護成本大幅降低。
文檔編號H01S3/0941GK101673922SQ20091019035
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權日2009年9月18日
發(fā)明者呂啟濤, 崗 肖, 陳建飛, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司