CN117977370A - 一种半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具。所述半导体激光器泵源包括：冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条和电极片。其中：所述冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条均为条状结构，其上表面、下表面均为弧形面，所述上表面为凹面，下表面为凸面；所述绝缘载体的下表面连接固定在冷却元件的上表面上，且所述绝缘载体沿着冷却元件的轴向分布；所述热沉和巴条交错排列连接在绝缘载体的弧形上表面上，该热沉和巴条均沿着绝缘载体的轴向分布。所述巴条的出光面为其弧形上表面；所述电极片与所述巴条连接。本发明的泵源实现了小空间内多巴条环形封装的目的，在提高光束均匀性的同时提高了能量密度，进而提高了泵源能量的利用效率。

Description

一种半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具

技术领域

本发明涉及半导体激光器技术领域，具体涉及一种半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

半导体激光器侧面泵浦指的是泵源围绕晶体棒一周提供稳定的光源，由于其体积小、效率高、性能稳定等特点，目前被广泛应用于科研、军事、工业、医疗等方面。目前，市场上的半导体激光器侧面泵浦通常是由三个或五个泵源构成，其存在相邻巴条发射角较大、导致泵浦光束不均匀等方面的不足，从而影响终端输出光束质量。同时，上述半导体激光器侧面泵浦由于自身结构的局限性，其巴条的发散光无法全部被晶体棒吸收，导致能量利用率低。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具，其实现了小空间内多巴条环形封装的目的，在提高光束均匀性的同时提高了能量密度，进而提高了泵源能量的利用效率。为实现上述目的，本发明公开如下所示的技术方案。

在本发明的第一方面，提供一种半导体激光器泵源，包括：冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条和电极片。其中：所述冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条均为条状结构，其上表面、下表面均为弧形面，所述上表面为凹面，下表面为凸面。所述绝缘载体的下表面通过固定在冷却元件的上表面上，且所述绝缘载体沿着冷却元件的轴向分布。所述热沉和巴条交错排列连接在绝缘载体的弧形上表面上，该热沉和巴条均沿着绝缘载体的轴向分布，且任一巴条均夹在两热沉之间，所述巴条的出光面为其弧形上表面。所述电极片与巴条两侧热沉连接，用于向所述巴条通电使其发光。

进一步地，所述冷却元件中具有冷却通道，优选地，所述冷却通道内部具有锯齿。所述冷却通道主要用于冷媒的通过，以降低所述半导体激光器泵源运行过程中产生的热量。

进一步地，沿着所述绝缘载体的弧形上表面轴向分布有若干块由所述热沉、巴条形成的弧形模块。所述冷却元件的斜面侧壁上具有若干凹槽，且所述凹槽延伸至所述绝缘载体、热沉的斜面侧壁上，“U”型结构的所述电极片镶嵌固定在所述凹槽中，且所述电极片的两端分别与相邻弧形模块中的巴条的负极、正极连接，从而将各个所述弧形模块串联起来，使各弧形模块中的巴条通电发光。

进一步地，所述绝缘载体的材质包括陶瓷等，如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷等。

在本发明的第二方面，提供一种半导体激光器环形侧泵结构，其包括上述的半导体激光器泵源、反射筒、晶体棒。其中：若干个整体为扇形结构的所述激光器泵源沿着所述反射筒的外壁依次排列形成环形泵源，且所述激光器泵源中的巴条的出光面与所述反射筒上的透光通槽紧密对接，以便于将激光充分导入反射筒中，减少外泄。所述晶体棒插入在反射筒中，以汇聚各巴条提供的激光，并从晶体棒的端部射出。

进一步地，所述反射筒的内壁为镜面状，以反射杂散光进入晶体棒，提高激光利用率。

进一步地，所述反射筒中还插入有透光管，所述晶体棒插入在透光管中，且所述反射筒与透光管之间具有间隙，以便于在该间隙中通入冷媒进行散热。可选地，所述透光管的材质包括玻璃、石英等中的任意一种。

进一步地，所述环形侧泵结构还包括外壳和封盖。其中：所述环形侧泵结构固定在底座的圆管状内腔中，所述封盖盖合在所述圆管状内腔的端口处，且所述环形侧泵结构的端面上的晶体棒、冷却通道与封盖上的开口对齐。

在本发明的第三方面，提供一种所述半导体激光器泵源的烧结夹具，包括“U”型座、压块。其中：所述“U”型座的上表面上具有“U”形槽，且该“U”形槽的底面弧度与所述冷却元件弧形下表面的弧度相同，以便于将所述半导体激光器泵源放在所述“U”形槽中进行烧结。所述“U”形槽的内壁上具有竖向分布的定位槽，所述压块的侧壁上连接有与所述定位槽对应的定位柱，且该定位柱能够自由进出定位槽。所述压块的下表面为弧形，其弧度与所述热沉、巴条的上表面共同形成的弧形上表面的弧度相同，以便于压块的下表面紧密压制在该上表面上对排列好的所述热沉、巴条进行定位。

与现有技术相比，本发明至少具有以下方面的有益效果：本发明的这种半导体激光器泵源为弧形/扇形结构，从而使多根巴条能够径向排列呈弧形，(1)当若干个这种弧形结构的半导体激光器泵源组成环形侧泵后，各巴条与位于其中心的晶体棒之间不仅距离近(两者间间隙极小)，从而保证每根巴条发出的光能够充分地进入所述反射筒中，显著提高了泵源能量的利用效率。(2)当若干个这种弧形结构的半导体激光器泵源组成环形侧泵后，所述巴条能够均匀排列在其中心的晶体棒周围，有效提高了光束均匀性。(3)本发明这种结构的半导体激光器环形侧泵结构实现了在小空间内布置更多巴条目的，可有效提高侧泵结构的能量密度，再配合上述的能量的利用效率高、光束均匀性高的技术优势，显著提高了半导体激光器环形侧泵结构的光束质量。最后，本发明的用于半导体激光器泵源烧结的所述夹具可以同时实现多巴条阵列的同时封装，保证了产品一致性，可靠性高。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为下列实施例中弧形阵列的结构示意图。

图2为下列实施例中半导体激光器泵源的结构示意图。

图3为下列实施例中半导体激光器环形侧泵结构的内部结构示意图。

图4为下列实施例中半导体激光器环形侧泵结构的外部结构示意图。

图5为下列实施例中烧结夹具的结构示意图。

图6为下列实施例中冷却通道的主视图。

其中数字标记分别代表：1-冷却元件、2-绝缘载体、3-热沉、4-巴条、5-电极片、6-半导体激光器泵源、7-反射筒、8-晶体棒、9-透光管、10-外壳、11-封盖、12-开口、13-冷却接口、14-“U”型座、15-压块、16-定位槽、17-定位柱、101-冷却通道、102-凹槽、103-锯齿。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。现结合说明书附图和具体实施例对本发明的半导体激光器泵源、环形侧泵结构及烧结夹具进一步说明。

参考图1和图2，示例一种半导体激光器泵源，包括：冷却元件1、绝缘载体2、热沉3、巴条4和电极片5。其中：所述冷却元件1、绝缘载体2、热沉3、巴条4均为条状结构，其上表面、下表面均为弧形面，且所述上表面为凹面，下表面为凸面，所述冷却元件1、绝缘载体2、热沉3、巴条4的弧形上表面弧度相同，所述冷却元件1、绝缘载体2、热沉3、巴条4的弧形下表面弧度相同，以便各部件之间紧密连接配合。

所述绝缘载体2的下表面通过锡银铜焊料烧结固定在冷却元件1的上表面上，且等长的所述绝缘载体2沿着冷却元件1的轴向分布，即所述绝缘载体2叠加固定在冷却元件1的上表面上。所述冷却元件1用于带走所述巴条4发射激光过程中产生的热量，确保所述半导体激光器泵源正常工作。所述绝缘载体1的材质包括陶瓷等，如氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷。

所述热沉3和巴条4交错排列连接在绝缘载体1的弧形上表面上，该热沉3和巴条4均沿着绝缘载体1的轴向/长度方向分布，且任一巴条4均夹在两热沉3之间，所述巴条4的出光面为其弧形上表面。所述电极片5与所述巴条4连接，用于向所述巴条3通电使其发光。

参考图2，在一个更佳的实施例中，上述实施例示例的所述半导体激光器泵源中：所述冷却元件1中具有冷却通道101，该冷却通道101沿着所述冷却元件1的轴向//长度方向分布，其主要用于冷媒(如冷水、冷气或者其他高导热性质的冷却液等)的通过，以降低所述半导体激光器泵源运行过程中产生的热量。在另一个更佳的实施例中，所述冷却通道101内部具有锯齿103(参考图6)，其有助于进一步加强散热效果。

参考图1和图2，在一个更佳的实施例中，上述实施例示例的所述半导体激光器泵源中：沿着所述绝缘载体2的弧形上表面轴向分布有若干块由所述热沉3、巴条4形成的弧形模块。所述冷却元件1的斜面侧壁上具有若干凹槽102，且所述凹槽102延伸至所述绝缘载体2、热沉3的斜面侧壁上，“U”型结构的所述电极片5镶嵌固定在所述凹槽102中，且所述电极片的两端分别与相邻弧形模块中的巴条4的负极、正极连接，从而将各个所述弧形模块串联起来，使各弧形模块中的巴条通电发光。这种构造的电极片5的安装方式有助于降低所述半导体激光器泵源拼接时相邻半导体激光器泵源之间的间隙。

参考图1至图4，示例一种半导体激光器环形侧泵结构，其包括上述实施例示例的半导体激光器泵源6、反射筒7、晶体棒8。其中：若干个整体为扇形结构的所述激光器泵源6沿着所述反射筒7的外壁依次排列形成环形泵源，且所述激光器泵源6中的巴条4的出光面与所述反射筒7上的透光通槽紧密对接，以便于将激光充分导入反射筒7中，减少外泄。所述晶体棒8插入在反射筒7中，以汇聚各巴条4提供的激光，并从晶体棒8的端部射出。

由于本实施例的环形侧泵结构采用的半导体激光器泵源6整体为弧形/扇形结构，从而使多根巴条4能够径向排列呈弧形，当若干个这种弧形结构的半导体激光器泵源6组成环形侧泵后，各巴条4与位于其中心的晶体棒之间不仅距离近(两者间间隙极小)，再配合所述反射筒7上透光通槽，从而保证每根巴条4发出的光能够充分地进入所述反射筒7中，显著提高了泵源能量的利用效率。另外，由于所述巴条4能够均匀排列在其中心的晶体棒8周围，有效提高了光束均匀性。更重要的是，本实施例所述的半导体激光器环形侧泵结构实现了在小空间内布置更多巴条4目的，可有效提高侧泵结构的能量密度，再配合上述的能量的利用效率高、光束均匀性高的技术优势，显著提高了半导体激光器环形侧泵结构的光束质量。

在一个更佳的实施例中，上述实施例示例的所述半导体激光器环形侧泵结构中：所述反射筒7的内壁为镜面状，以反射杂散光进入晶体棒8，提高激光利用率。所述镜面状内壁可通过镀高反射膜层等方式实现。

参考图3，在一个更佳的实施例中，上述实施例示例的所述半导体激光器环形侧泵结构中：所述反射筒7中还插入有透光管9，所述晶体棒8插入在透光管9中，且所述反射筒7与透光管9之间具有间隙，以便于在该间隙中通入冷媒进行散热，在本实施例中，所述透光管9的材质可选自玻璃、石英等。

参考图4，在一个更佳的实施例中，上述实施例示例的所述半导体激光器环形侧泵结构中：所述环形侧泵结构还包括外壳10和封盖11。其中：所述环形侧泵结构固定在外壳10的圆管状内腔中，所述封盖11盖合在所述圆管状内腔的端口处，且所述环形侧泵结构的端面上的晶体棒8与封盖11上的开口12对齐，以便于所述晶体棒8将汇聚后的激光从对应的所述开口12发射出去；冷却接口13通过外壳10内部管路与冷却通道101连通，冷却接口13与外部冷媒装置连接，以便所述冷却通道101中不断进行冷媒的流通，将激光器工作产生的热量带走。

参考图5，示例一种所述半导体激光器泵源的烧结夹具，其包括“U”型座14、压块15。其中：所述“U”型座14的上表面上具有“U”形槽，且该“U”形槽的底面弧度与所述冷却元件1弧形下表面的弧度相同，以便于将所述半导体激光器泵源放在所述“U”形槽中进行烧结。所述“U”形槽的内壁上具有竖向分布的定位槽16，所述压块14的侧壁上连接有与所述定位槽16对应的定位柱17，且该定位柱17能够自由进出定位槽16。所述压块15的下表面为弧形，其弧度与所述热沉3、巴条4的上表面共同形成的弧形上表面的弧度相同，以便于压块15的下表面紧密压制在该上表面上对排列好的所述热沉3、巴条4进行定位，本实施例的这种用于半导体激光器泵源烧结的夹具可以同时实现多巴条阵列的同时封装，保证了产品一致性，可靠性高。

最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种半导体激光器泵源，其特征在于，包括：冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条和电极片；其中：所述冷却元件、绝缘载体、热沉、巴条均为条状结构，其上表面、下表面均为弧形面，所述上表面为凹面，下表面为凸面；所述绝缘载体的下表面连接固定在冷却元件的上表面上，且所述绝缘载体沿着冷却元件的轴向分布；所述热沉和巴条交错排列连接在绝缘载体的弧形上表面上，该热沉和巴条均沿着绝缘载体的轴向分布，且任一巴条均夹在两热沉之间，所述巴条的出光面为其弧形上表面；所述电极片与巴条两侧热沉连接，用于向所述巴条通电使其发光。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器泵源，其特征在于，所述冷却元件中具有冷却通道；优选地，所述冷却通道内部具有锯齿。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器泵源，其特征在于，沿着所述绝缘载体的弧形上表面轴向分布有若干块由所述热沉、巴条形成的弧形模块。

4.根据权利要求3所述的半导体激光器泵源，其特征在于，所所述冷却元件的斜面侧壁上具有若干凹槽，且所述凹槽延伸至所述绝缘载体、热沉的斜面侧壁上，“U”型结构的所述电极片镶嵌固定在所述凹槽中，且所述电极片的两端分别与相邻弧形模块中的巴条的负极、正极连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的半导体激光器泵源，其特征在于，所述绝缘载体的材质为陶瓷；优选为氧化铝陶瓷、氮化铝陶瓷中的任意一种。

6.一种半导体激光器环形侧泵结构，其特征在于，其包括反射筒、晶体棒、权利要求1-5任一项所述的半导体激光器泵源；其中：若干个整体为扇形结构的所述激光器泵源沿着所述反射筒的外壁依次排列形成环形泵源，且所述激光器泵源中的巴条的出光面与所述反射筒上的透光通槽紧密对接；所述晶体棒插入在反射筒中。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器环形侧泵结构，其特征在于，所述反射筒的内壁为镜面状。

8.根据权利要求6所述的半导体激光器环形侧泵结构，其特征在于，所述反射筒中还插入有透光管，所述晶体棒插入在透光管中，且所述反射筒与透光管之间具有间隙；优选地，所述透光管的材质包括玻璃、石英中的任意一种。

9.根据权利要求6-8任一项所述的环形侧泵结构，其特征在于，所述环形侧泵结构还包括外壳和封盖。其中：所述环形侧泵结构固定在底座的圆管状内腔中，所述封盖盖合在所述圆管状内腔的端口处，且所述环形侧泵结构的端面上的晶体棒、冷却通道与封盖上的开口对齐。

10.权利要求1-5任一项所述的半导体激光器泵源的烧结夹具，其特征在于，包括“U”型座、压块；其中：所述“U”型座的上表面上具有“U”形槽，且该“U”形槽的底面弧度与所述冷却元件的弧形下表面的弧度相同，所述“U”形槽的内壁上具有竖向分布的定位槽，所述压块的侧壁上连接有与所述定位槽对应的定位柱，且该定位柱能够自由进出定位槽；所述压块的下表面为弧形，其弧度与所述热沉、巴条的上表面共同形成的弧形上表面的弧度相同。