CN113659442A - 半导体激光输出的模块化结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体激光输出的模块化结构包括主体结构(1)和基本结构单元(2)。基本结构单元(2)焊接于所述主体结构(1)的顶部，包括多个半导体激光器Bar条(21)。其中，多个所述半导体激光器Bar条(21)叠层垒加以获得高能量、高功率的半导体激光输出。该半导体激光输出的模块化结构能够实现多个所述半导体激光器Bar条叠层垒加，以得到不同的串并联结构，从而获得高能量、高功率的半导体激光输出。

Description

半导体激光输出的模块化结构

技术领域

本发明涉及大功率半导体激光技术领域，特别涉及一种半导体激光输出的模块化结构。

背景技术

在光电对抗，激光制导、激光清洗、激光熔敷、激光医用脱毛等应用领域，需要获得高功率、高能量的半导体激光输出。现有技术中成本高，结构复杂，且散热效果不好。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体激光输出的模块化结构，其能够实现多个所述半导体激光器Bar条叠层垒加，以得到不同的串并联结构，从而获得高能量、高功率的半导体激光输出。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种半导体激光输出的模块化结构，包括主体结构和基本结构单元。该基本结构单元，接于所述主体结构的顶部，包括多个半导体激光器Bar条；其中，多个所述半导体激光器Bar条叠层垒加，以获得高能量、高功率的半导体激光输出。

根据本发明的一实施方式，其中，所述主体结构包括壳体部，所述壳体部围设形成腔室，所述基本结构单元焊接于所述壳体部的顶部。

根据本发明的一实施方式，其中，所述腔室内设置有冷却装置，以满足所述半导体激光器Bar条叠层垒加的散热需求。

根据本发明的一实施方式，其中，所述主体结构为多个，且组合成为平台或者台阶结构。

根据本发明的一实施方式，其中，所述基本结构单元还包括第一热沉、第二热沉、正极、负极和底托。第一热沉和第二热沉分别设置于所述半导体激光器Bar条的两侧。正极设置于所述第一热沉上，以接触所述半导体激光器Bar条的P面。负极设置于所述第二热沉上，以接触所述半导体激光器Bar条的N面。底托设置于所述第一热沉、所述第二热沉和所述半导体激光器Bar条的下侧。其中，所述第一热沉和所述半导体激光器Bar条之间设置有第一焊料，所述第二热沉和所述半导体激光器Bar条之间设置有第二焊料，所述第一热沉和所述第二热沉与所述底托之间设置有第三焊料，以焊接为一体。

根据本发明的一实施方式，其中，所述第一热沉和第二热沉之间从上向下并联连接有多个半导体激光器Bar条。

根据本发明的一实施方式，其中，所述第一热沉和第二热沉之间设置有多个热沉，每两个相邻的热沉之间设置有一个半导体激光器Bar条或并联连接的多个半导体激光器Bar条，以实现由热沉隔开的半导体激光器Bar条的串联连接。

根据本发明的一实施方式，其中，所述基本结构单元通过第四焊料焊接于所述主体结构上。

根据本发明的一实施方式，其中，所述第四焊料的熔点低于所述第一焊料、所述第二焊料和所述第三焊料，以当所述第四焊料熔化时，所述基本结构单元仍为一个整体。

根据本发明的一实施方式，其中，所述第一热沉和第二热沉与所述半导体激光器Bar条具有相同的热膨胀系数和导电导热特性。

本发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：

本发明的半导体激光输出的模块化结构，包括主体结构和焊接于其上的基本结构单元。该基本结构单元包含多个半导体激光器Bar条。该多个所述半导体激光器Bar条叠层垒加，以得到不同的串并联结构，从而获得高能量、高功率的半导体激光输出。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种半导体激光输出的模块化结构的示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种基本结构单元的示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种具有串联连接的半导体激光器Bar条的基本结构单元的示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种具有串联和并联连接的半导体激光器Bar条的基本结构单元的示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种具有串联和并联连接的半导体激光器Bar条的基本结构单元的另一示意图。

图6是根据一示例性实施方式示出的一种水道并联的主体结构叠加组合的示意图。

图7是根据一示例性实施方式示出的一种水道串联的主体结构叠加组合的示意图。

图8是根据一示例性实施方式示出的一种水道并联的主体结构叠加组合的另一示意图。

图9是根据一示例性实施方式示出的一种水道串联的主体结构叠加组合的另一示意图。

图10是根据一示例性实施方式示出的一种具有水道和不具有水道的主体结构的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、主体结构；11、壳体部；12、腔室；2、基本结构单元；21、半导体激光器Bar条；22、第一热沉；23、第二热沉；24、正极；25、负极；26、底托。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

如图1、图2和图10所示，图1示出了本发明提供的一种半导体激光输出的模块化结构的示意图。图2示出了本发明提供的一种基本结构单元2的示意图。图10示出了本发明提供的一种具有水道和不具有水道的主体结构1的的示意图。

本发明实施例的半导体激光输出的模块化结构包括主体结构1和基本结构单元2。基本结构单元2焊接于主体结构1的顶部，包括多个半导体激光器Bar条21。其中，多个半导体激光器Bar条21叠层垒加，以获得高能量、高功率的半导体激光输出。

其中，半导体激光器Bar条21长度可以是标准Bar长1cm,也可以是miniBar或加长的其它长度。半导体激光器Bar条可以是CW连续Bar条，也可以是QCW准连续Bar条，其特点在于与输入的电流电压相适应。由于单个半导体激光器Bar条21输出功率或能量有限，在实际应用中常常将多个Bar条叠层垒加，以获得高能量、高功率的半导体激光输出。

在本发明的一个优选实施例中，主体结构1包括壳体部11，该壳体部11围设形成腔室12，基本结构单元2焊接于壳体部11的顶部。腔室12内设置有冷却装置，以满足半导体激光器Bar条21叠层垒加的散热需求。

如图1所示，主体结构1为中空的长方体结构。壳体部11为薄壁壳体。冷却装置固接于壳体部11的内侧。优选地，冷却装置是水道的通水冷却结构。其特点在于根据垒加的半导体激光器Bar条3的工作条件散热要求，保证其寿命及工作条件确定。有通水冷却结构的主体结构1叠加组合，水道也有多种串并联形式。

图6示出了本发明提供的一种水道并联的主体结构1叠加组合的示意图。图7示出了本发明提供的一种水道串联的主体结构1叠加组合的示意图。图8示出了本发明提供的一种水道并联的主体结构1叠加组合的另一示意图。图9示出了本发明提供的一种水道串联的主体结构1叠加组合的另一示意图。

在本发明的一个优选实施例中，主体结构1为多个，且组合成为平台或者台阶结构。

如图6至图9所示，主体结构可以是形状相同的结构。其可以平行排列或者阶梯排列于一起。

图3示出了本发明提供的一种具有串联连接的半导体激光器Bar条21的基本结构单元2的示意图。图4示出了本发明提供的一种具有串联和并联连接的半导体激光器Bar条21的基本结构单元2的示意图。图5示出了本发明提供的一种有串联和并联连接的半导体激光器Bar条21的基本结构单元2的另一示意图。

在本发明的一个优选实施例中，基本结构单元2包括第一热沉22、第二热沉23、正极24、负极25和底托26。第一热沉22和第二热沉23分别设置于半导体激光器Bar条21的两侧。正极24设置于第一热沉22上，以接触半导体激光器Bar条21的P面。负极25设置于第二热沉23上，以接触半导体激光器Bar条21的N面。底托26设置于第一热沉22、第二热沉23和半导体激光器Bar条21的下侧。其中，第一热沉22和半导体激光器Bar条21之间设置有第一焊料，第二热沉23和半导体激光器Bar条21之间设置有第二焊料，第一热沉22和所述第二热沉23与底托24之间设置有第三焊料，以焊接为一体。

如图1至图5所示，热沉是由紫铜或无氧铜或钨铜或导电金刚石材料加工成的平板状热沉，其特点在于与半导体激光器Bar条21材料具有相似的热膨胀系数，且具有导电导热特性。底托26是AIN陶瓷或BeO陶瓷或氯化锆陶瓷或绝缘金刚石等加工成的底托，其特点在于绝缘不导电，但具有较好的导热性。底托5为了焊接方便其表面应金属化。与半导体激光器Bar条21的P面接触的为正极(+)24，与半导体激光器Bar条21的N面接触的为负极(一)25。

在本发明的一个优选实施例中，第一热沉22和第二热沉23之间从上向下并联连接有多个半导体激光器Bar条21。第一热沉22和第二热沉23之间设置有多个热沉，每两个相邻的热沉之间设置有一个半导体激光器Bar条21或并联连接的多个半导体激光器Bar条21，以实现由热沉隔开的半导体激光器Bar条21的串联连接。

如图3至图5所示，基本结构单元2中，多个半导体激光器Bar条21通过热沉实现多种串联和并联的组合，其组合方式的特点在于应与基本结构单元正极24的输入电流电压和负极25的输出电流电压相匹配，保证半导体激光器Bar条21的额定工作电流和电压。

在本发明的一个优选实施例中，基本结构单元2通过第四焊料焊接于所述主体结构1上。第四焊料的熔点低于所述第一焊料、第二焊料和第三焊料，以当第四焊料熔化时，基本结构单元2仍为一个整体。

如图1所示，第一焊料、第二焊料和第三焊料可以是一种焊料也可以是熔点温度不同的焊料。如果是熔点不同的焊料，第一焊料和第二焊料的熔点应高于第三焊料的熔点。第四焊料的熔点低于所述第一焊料、第二焊料和第三焊料，则第四焊料熔化时，基本结构单元2中的所有组件仍稳定地结合在一起。

本发明的模块化结构可自由组合多个基本结构单元2，多个主体结构1，且各层之间焊料熔点温度应不同。根据所需功率和能量，组合多个基本结构单元2和主体结构1；根据半导体激光器电源的输入电流和电压，可设计基本结构单元中各Bar条21，以及各基本结构单元2之间的串并联关系，同一熔点温度的基本结构单元2批量生产，各层之间焊料熔点温度不同，可极大提高批量生产效率、一致性，且哪一层出现问题哪一个基本结构单元出现坏点就维修哪里，可极大降低维护、维修成本。

在本发明实施例中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可折卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明实施例的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一个优选实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明实施例的优选实施例而已，并不用于限制本发明实施例，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，包括：

主体结构(1)；以及

基本结构单元(2)，焊接于所述主体结构(1)的顶部，包括多个半导体激光器Bar条(21)；

其中，多个所述半导体激光器Bar条(21)叠层垒加，以获得高能量、高功率的半导体激光输出。

2.根据权利要求1所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述主体结构(1)包括壳体部(11)，所述壳体部(11)围设形成腔室(12)，所述基本结构单元(2)焊接于所述壳体部(11)的顶部。

3.根据权利要求2所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述腔室(12)内设置有冷却装置，以满足所述半导体激光器Bar条(21)叠层垒加的散热需求。

4.根据权利要求3所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述主体结构(1)为多个，且组合成为平台或者台阶结构。

5.根据权利要求1所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述基本结构单元(2)还包括：

第一热沉(22)和第二热沉(23)，分别设置于所述半导体激光器Bar条(21)的两侧；

正极(24)，设置于所述第一热沉(22)上，以接触所述半导体激光器Bar条(21)的P面；

负极(25)，设置于所述第二热沉(23)上，以接触所述半导体激光器Bar条(21)的N面；以及

底托(26)，设置于所述第一热沉(22)、所述第二热沉(23)和所述半导体激光器Bar条(21)的下侧；

其中，所述第一热沉(22)和所述半导体激光器Bar条(21)之间设置有第一焊料，所述第二热沉(23)和所述半导体激光器Bar条(21)之间设置有第二焊料，所述第一热沉(22)和所述第二热沉(23)与所述底托(24)之间设置有第三焊料，以焊接为一体。

6.根据权利要求5所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述第一热沉(22)和第二热沉(23)之间从上向下并联连接有多个半导体激光器Bar条(21)。

7.根据权利要求5所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述第一热沉(22)和第二热沉(23)之间设置有多个热沉，每两个相邻的热沉之间设置有一个半导体激光器Bar条(21)或并联连接的多个半导体激光器Bar条(21)，以实现由热沉隔开的半导体激光器Bar条(21)的串联连接。

8.根据权利要求5所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述基本结构单元(2)通过第四焊料焊接于所述主体结构(1)上。

9.根据权利要求8所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述第四焊料的熔点低于所述第一焊料、所述第二焊料和所述第三焊料，以当所述第四焊料熔化时，所述基本结构单元(2)为一个整体。

10.根据权利要求1所述的半导体激光输出的模块化结构，其特征在于，所述第一热沉(22)和第二热沉(23)与所述半导体激光器Bar条(21)具有相同的热膨胀系数和导电导热特性。

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