一种垂直叠阵高功率半导体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体激光器技术领域，具体涉及一种垂直叠阵高功率半导体激光器。
【背景技术】
[0002]高功率半导体激光器具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，成为新世纪发展快、成果多、学科渗透广、应用范围大的核心器件，已广泛用于激光加工、激光医疗、激光显示及科学研究领域。
[0003]在激光医疗的应用中经常会将多个半导体激光器平行排列组合使用来实现大光斑的半导体激光光源，当多个半导体激光器排列使用时，所产生的叠加光斑中间会产生暗区，一方面是因为相邻的半导体激光器之间存在间隙，该间隙会导致光斑存在暗区；另一方面是因为半导体激光器发出的光斑的光强呈高斯分布，即光强从中心至四周依次递减，会导致相邻半导体激光器的产生的激光在工作平面2上的光斑存在暗区3 (参考图1)。叠加光斑的暗区会影响光斑均匀性，限制了其在激光医疗领域、侧泵和表面加工领域等对光斑均匀性要求较高的应用中的推广。目前，为了消除上述暗区对光斑质量的影响，通常可以采用光学整形的方法，在半导体激光器的出光方向上加合束镜、棱镜、扩束镜等来实现对光斑质量的优化，达到消除中间暗区的目的。此种方法增加了光学整形模块，会使系统的体积较大，成本较高。
【实用新型内容】
[0004]为了克服现有技术不足，本实用新型提供了一种垂直叠阵高功率半导体激光器，可以消除相邻两个半导体激光器平行排列组合使用时光斑中间的暗区，优化了光斑的均匀度。具体的技术方案为:
[0005]一种垂直叠阵高功率半导体激光器包括一个或者多个自下而上依次叠加的半导体激光器单元；所述的半导体激光器单元包括制冷片和多个激光芯片，所述半导体激光器单元的制冷片包括制冷片主体，制冷片主体为片状结构，制冷片主体的一端为不完整的多边形结构(即多边形结构缺少一部分的边)，多边形相邻的两条边的夹角Θ取值范围为160° <θ<180°，多边形的每一条边均设置一个芯片安装区，芯片安装区为激光芯片安装的位置。所述的激光芯片的个数与制冷片的芯片安装区个数相等，激光芯片分别对应焊接在制冷器的芯片安装区上，所述的多个激光芯片发出的光束的中心光轴存在交点。
[0006]所述的制冷片可以为宏通道型液体制冷片，也可以为微通道型液体制冷器片。所述的宏通道型液体制冷片为制冷片主体上分布有贯通制冷片上表面和下表面的通液孔，所述的相邻的半导体激光器单元的制冷片的通液孔依次连通，构成所述高功率半导体激光器的液体制冷通道。所述的宏通道型液体制冷片的通液孔直径为0.3毫米一3毫米。
[0007]所述的微通道型液体制冷片为制冷片主体上设置有入液孔和出液孔，且制冷片内部分布有液体制冷通道，该液体制冷通道与入液孔以及出液孔相互连通；所述的多个半导体激光器单元的入液孔相互连通，出液孔相互连通。所述的微通道型液体制冷片的液体制冷通道直径为0.1毫米一 I毫米。
[0008]所述的制冷片材料为高导热率的金属材料，比如铜。
[0009]本实用新型具有以下优点:
[0010]1.本方案所提出的垂直叠阵高功率半导体激光器结构简单，易于实现，相比增加了光学整形模块的方案，具有更小的体积，降低了成本；
[0011]2.本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器最终得到的光束质量好，光斑均匀；
[0012]3.本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器的制冷片可根据客户需求选择多种制冷方式，也可以根据激光光斑工作距离以及对光斑质量的要去修改制冷片相邻的芯片安装区的夹角，具有应用的灵活性；
[0013]4.本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器在激光医疗的应用中具有优势，尤其是激光脱毛的应用，本方案可以实现较小的光斑工作距离，减小激光医疗仪器的体积。
【附图说明】
[0014]图1为平行排列的半导体激光器产生的中间暗区。
[0015]图2为本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器的实施例。
[0016]图3为本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器的消除中间暗区的光路原理。
[0017]图4a为本方案中的微通道型液体制冷片结构。
[0018]图4b为本方案中的微通道型液体制冷片结构的剖面图。
[0019]图5为本方案中的宏通道型液体制冷片结构。
[0020]附图标号说明:1为半导体激光器叠阵，2为激光的工作平面，3为中间暗区，4为多边形相邻的两条边的夹角Θ，5为半导体激光器单元的制冷片，6为激光芯片，7为微通道型液体制冷片的入液孔，8为微通道型液体制冷片的出液孔，9为微通道型液体制冷片的液体制冷通道，10为宏通道型液体制冷片的通液孔，11为芯片安装区。
【具体实施方式】
[0021]图2为本方案的一种垂直叠阵高功率半导体激光器的一个实施例，包括多个自下而上依次叠加的半导体激光器单元；所述的半导体激光器单元包括制冷片5和多个激光芯片6，所述半导体激光器单元的制冷片5包括制冷片主体，制冷片主体为片状结构，制冷片主体的一端为不完整的多边形结构，多边形相邻的两条边的夹角Θ取值范围为160° < Θ <180°，多边形的每一条边均设置一个芯片安装区11，芯片安装区11为激光芯片6安装的位置。所述的激光芯片6的个数与制冷片的芯片安装区11个数相等，激光芯片6分别对应焊接在制冷片的芯片安装区11上，所述的多个激光芯片发出的光束的中心光轴存在交点。图2的实施例采用的两片激光芯片6，半导体激光器单元的制冷片主体一端的多边形为V型，V型的夹角Θ取值范围为160° < Θ <180°。
[0022]图3为本方案的垂直叠阵高功率半导体激光器的消除中间暗区的光路原理，图3的半导体激光器单元的制冷片一端的多边形包括三条边，即包括三个芯片安装区，相邻的芯片安装区的夹角Θ取值范围为160° < Θ <180°。
[0023]所述的制冷片5可以为宏通道型液体制冷片，也可以为微通道型液体制冷器片。
[0024]图4a为一种微通道型液体制冷片的结构，微通道型液体制冷片为制冷片主体上设置有入液孔7和出液孔8，且制冷片内部分布有微小的液体制冷通道9，参考图4b的微通道型液体制冷片结构的剖面图，该液体制冷通道9与入液孔7以及出液孔8相互连通；所述的多个半导体激光器单元的入液孔7相互连通，出液孔8相互连通。所述的微通道型液体制冷片的液体制冷通道9直径为0.1毫米一 I毫米。
[0025]图5为一种宏通道型液体制冷片结构，所述的宏通道型液体制冷片为制冷片主体上分布有贯通制冷片上表面和下表面的通液孔10，所述的相邻的半导体激光器单元的制冷片的通液孔10依次连通，构成所述高功率半导体激光器的液体制冷通道。所述的宏通道型液体制冷片的通液孔10直径为0.3毫米一 3毫米。
[0026]所述的制冷片材料为高导热率的金属材料，比如铜。
【主权项】
1.一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:包括一个或者多个自下而上依次叠加的半导体激光器单元；所述的半导体激光器单元包括制冷片和多个激光芯片，所述的半导体激光器单元的制冷片包括制冷片主体，制冷片主体为片状结构，制冷片主体的一端为不完整的多边形结构，多边形相邻的两条边的夹角Θ取值范围为160° <θ<180°，多边形的每一条边均设置一个芯片安装区，芯片安装区为激光芯片安装的位置；所述的激光芯片的个数与制冷片的芯片安装区个数相等，激光芯片分别对应焊接在制冷器的芯片安装区上，所述的多个激光芯片发出的光束的中心光轴存在交点。
2.根据权利要求1所述的一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:所述的制冷片为宏通道型液体制冷片，或者为微通道型液体制冷器片。
3.根据权利要求2所述的一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:所述的宏通道型液体制冷片为制冷片主体上分布有贯通制冷片上表面和下表面的通液孔，所述的相邻的半导体激光器单元的制冷片的通液孔依次连通。
4.根据权利要求2所述的一种高功率半导体激光器，其特征在于:所述的微通道型液体制冷片为制冷片主体上设置有入液孔和出液孔，且制冷片内部分布有液体制冷通道，该液体制冷通道与入液孔，出液孔相互连通。
5.根据权利要求3所述的一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:所述的宏通道型液体制冷片的通液孔直径为0.3毫米一 3毫米。
6.根据权利要求4所述的一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:所述的微通道型液体制冷片的液体制冷通道直径为0.1毫米一I毫米。
7.根据权利要求1所述的一种垂直叠阵高功率半导体激光器，其特征在于:所述的半导体激光器单元的制冷片的材料为铜。
【专利摘要】本实用新型提出了一种垂直叠阵高功率半导体激光器，包括一个或者多个自下而上依次叠加的半导体激光器单元，所述的半导体激光器单元包括制冷片和多个激光芯片，半导体激光器单元的制冷片包括制冷片主体，制冷片主体为片状结构，制冷片主体的一端为不完整的多边形结构，多边形的每一条边均设置一个芯片安装区。本方案消除了多个半导体激光器水平排列使用时产生的光斑中间暗区，提高了光斑的均匀性，此外可以减小半导体激光器的光斑工作平面的距离，尤其在激光医疗的应用中突显优势，减小了激光医疗系统的体积。
【IPC分类】H01S5-40, A61B18-20, H01S5-024
【公开号】CN204407684
【申请号】CN201520078170
【发明人】蔡磊, 于冬杉, 梁雪杰, 刘兴胜
【申请人】西安炬光科技有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月4日