專利名稱：一種半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種半導(dǎo)體激光器，屬于激光設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光器是一種能發(fā)射激光的裝置。1954年制成了第一臺微波量子放大器，獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把激光微波量子放大器原理推廣應(yīng)用到光頻范圍，并指出了產(chǎn)生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺紅寶石激光器。1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍爾等人創(chuàng)制了砷化鎵半導(dǎo)體激光
器。 目前激光器的種類很多。根據(jù)工作物質(zhì)物態(tài)的不同可以把所有的激光器分為以下幾類第一類，固態(tài)激光器(晶體和玻璃)激光器；第二類，氣體激光器，氣體激光器進(jìn)一步可以分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準(zhǔn)分子氣體激光器等 ’第三類’液體激光器，這類激光器所采用的工作物質(zhì)主要包括兩大類，一類是有機(jī)熒光染料溶液，另一類是含有稀土金屬離子的無機(jī)化合物溶液；第四類，半導(dǎo)體激光器；第五類，自由電子激光器。其中第四類的半導(dǎo)體激光器是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的一類激光器，由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異，產(chǎn)生激光的具體過程比較特殊。常用材料有砷化鎵(GaAs)、硫化鎘(CdS)、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)等。激勵方式有電注入、電子束激勵和光泵浦三種形式。半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種。通常在半導(dǎo)體激光器的激光頭上設(shè)置有一級激光防護(hù)鏡，該激光防護(hù)鏡用于透過來自于激光器發(fā)光主體的激光，透過激光防護(hù)鏡的激光可以直接作用于工件表面。然而，半導(dǎo)體激光器在進(jìn)行激光熔覆加工的時候，由于激光防護(hù)鏡離工件較近，所以從工件來的粉末等污染物或者高溫燃燒細(xì)粉有可能會達(dá)到激光保護(hù)鏡的表面，從而污染或者灼燒激光保護(hù)鏡。如果增大激光保護(hù)鏡與工件的距離，那么激光的能量利用率又會急劇降低。具體地，
以下結(jié)合附圖來說明現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。請參見圖1，圖I是現(xiàn)有技術(shù)的利用半導(dǎo)體激光器對工件進(jìn)行激光加工的示意圖。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器激光頭包括主體11，出光口 12，一級保護(hù)鏡片13，從半導(dǎo)體激光器內(nèi)部來的激光通過一級保護(hù)鏡片13、照射在工件15上，此時由于半導(dǎo)體激光器的激光能量較高，所以在激光熔覆過程中，來自于工件15表面的熔融合金粉末14會濺起，從而污染或者灼燒激光器一級防護(hù)鏡13。

實用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種能夠?qū)Π雽?dǎo)體激光器的激光防護(hù)鏡進(jìn)行保護(hù)的半導(dǎo)體激光器。具體地，本實用新型所提供的技術(shù)方案如下技術(shù)方案I.[0011]一種半導(dǎo)體激光器，在半導(dǎo)體激光器的激光頭上沿激光出射方向依次具有二級激光防護(hù)鏡和保護(hù)錐體通孔，所述二級激光防護(hù)鏡用于透過激光并通過所述保護(hù)錐體通孔向激光器的外部射出激光；在所述保護(hù)錐體通孔的附近具有氣體吹掃裝置，來自于所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流吹掃所述保護(hù)錐體通孔的下方區(qū)域，所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者水平方向。技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^80°。技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^45°。技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案3所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^15°。技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案廣4中任意一項所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置與所述保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離為(TlOmm。技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置與所述保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離為0 5_。技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案I所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述氣體吹掃裝置為壓縮空氣吹掃裝置。技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案I所述的半導(dǎo)體激光器，其改變之處在于，所述連接罩內(nèi)形成有第一腔體，所述第一腔體上具有第一氣體入口和第一氣體出口，所述二級激光防護(hù)鏡與所述保護(hù)錐體通孔之間形成有第二腔體，所述第二腔體上具有第二氣體入口和第二氣體出口，所述第一氣體出口與所述第二氣體入口連通，所述第二氣體出口為所述保護(hù)錐體通孔。技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的半導(dǎo)體激光器，其改進(jìn)之處在于，所述第二腔體為錐形腔體。根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案I的半導(dǎo)體激光器，由于在所述保護(hù)錐體通孔的附近設(shè)置了氣體吹掃裝置，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流用于吹掃所述保護(hù)錐體通孔的下方區(qū)域，氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者水平方向，所以，在進(jìn)行激光熔覆等激光加工過程中，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流能夠不斷地吹掃所述保護(hù)錐體通孔的下方，從而可以將污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物吹離所述保護(hù)錐體通孔，避免污染物質(zhì)或者熔融合金合金飛濺物通過所述保護(hù)錐體通孔而到達(dá)所述激光防護(hù)鏡，從而避免所述激光防護(hù)鏡遭受污染或者破壞，同時緩解了從保護(hù)錐體通孔出來的氣體對預(yù)置在工件表面的合金粉末的影響。根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案2 4的半導(dǎo)體激光器，對所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角進(jìn)行了優(yōu)選，優(yōu)選為0° ^80°，更優(yōu)選為0° ^45°，進(jìn)一步優(yōu)選為0° ^15°。從優(yōu)選的范圍的遞進(jìn)關(guān)系可以看出，在本實用新型中，上述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向與保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角越小越好，最優(yōu)選的方式應(yīng)該是0°。在上述夾角為0°時，保護(hù)錐體通孔所在平面為水平面，從氣體吹掃裝置的氣體出口吹出的氣流的方向是水平的，此時，氣流的水平吹力最大，因此可以達(dá)到最佳的吹掃效果，防止污染物或者高溫熔化物靠近所述保護(hù)錐體通孔，并進(jìn)而通過所述保護(hù)錐體通孔到達(dá)所述二級激光防護(hù)鏡。根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案5飛的半導(dǎo)體激光器，對氣體吹掃裝置與保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離進(jìn)行了優(yōu)選，優(yōu)選為(TlOmm，更優(yōu)選為O飛mm。如果氣體吹掃裝置越靠近保護(hù)錐體通孔，那么就可以有效利用氣體的吹掃力。這是因為在靠近保護(hù)錐體 通孔的位置處，污染物尤其是來自于工件表面的飛濺的熔融物的動能就會越小，更加容易實現(xiàn)吹掃效果。最優(yōu)選的是氣體吹掃裝置與保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離為O的情況，也就是從氣體吹掃裝置來的氣流以一定的寬度(例如3mm)以貼著激光出口鏡的表面的形式進(jìn)行吹動。在技術(shù)方案7中，作為氣體吹掃裝置，采用了壓縮空氣吹掃裝置，這是出于降低成本的要求而采用的。因為，空氣來源廣泛，用空氣壓縮機(jī)即可獲取。根據(jù)本實用新型技術(shù)方案8的半導(dǎo)體激光器，通過在所述二級激光防護(hù)鏡的上方和下方設(shè)置第一腔體和第二腔體，并使所述第一腔體和所述第二腔體連通，這樣除使用氣體吹掃裝置將所述保護(hù)錐體通孔周圍的污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物吹離之外，為保證激光頭的干燥及清潔向所述第一腔體和所述第二腔體中通入氣體如惰性氣體氮?dú)?，使第二腔體內(nèi)始終保持正壓，防止了污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物的進(jìn)入。具體地，在向所述第一腔體中通入氣體的情況下，可以使得氣體從所述第一腔體進(jìn)入所述第二腔體，從而使得污染物質(zhì)或者熔融合金粉末遠(yuǎn)離所述二級激光防護(hù)鏡，從而對二級激光防護(hù)鏡進(jìn)一步起到保護(hù)作用。根據(jù)本實用新型技術(shù)方案9的半導(dǎo)體激光器，由于所述第二腔體為包圍著所述二級激光防護(hù)鏡的錐形腔體，錐形腔體的下部的內(nèi)徑小于錐形腔體的上部的內(nèi)徑。也就是從上至下逐漸縮小的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以提高從所述保護(hù)錐體通孔出來的氣流的吹動力，而且也減少了激光反射進(jìn)入第二腔體燒損二級激光防護(hù)鏡片的幾率。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)的利用半導(dǎo)體激光器對工件進(jìn)行激光加工的示意圖。圖2是本實用新型的第一種實施方式的半導(dǎo)體激光器的激光頭的組成示意圖。圖3是本實用新型的第一種實施方式的半導(dǎo)體激光器的工作原理圖。圖4是說明“氣體吹掃裝置與激光出口鏡的垂直距離”的具體意義的示意圖。圖5是本實用新型的第二種實施方式的半導(dǎo)體激光器的工作原理圖。附圖2、3、4、5中的各標(biāo)號分別表不I——連接罩，101——二級激光防護(hù)鏡，102——保護(hù)錐體通孔，103——?dú)怏w吹掃裝置，2——工件，3——熔融合金粉末，4——第一腔體，401——第一氣體入口，402——第一氣體出口，5——第二腔體，501——第二氣體入口，6——連通管路。
具體實施方式
為了使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更加清楚地了解本實用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。請參見圖2，圖2是本實用新型的第一種實施方式的半導(dǎo)體激光器的激光頭的組成示意圖。在圖2中，該半導(dǎo)體激光器的激光頭在激光的出射方向上依次包括連接罩I、二級激光防護(hù)鏡101以及保護(hù)錐體通孔102。在保護(hù)錐體通孔102的附近具有氣體吹掃裝置103。所述二級激光防護(hù)鏡101以及保護(hù)錐體通孔102均可以透過激光，其中由于二級激光防護(hù)鏡101的存在，避免了激光頭自帶的一級保護(hù)鏡片直接暴露在空氣中。延長了使用壽命，同時由于保護(hù)錐體通孔102的存在，二級激光防護(hù)鏡101作為最終向外部射出激光的鏡片直接暴露在了空氣中，所以在本實用新型中，為了保護(hù)一級激光防護(hù)鏡表面不受侵害，最 大限度保障其使用壽命，設(shè)計了二級激光防護(hù)鏡，同時為保護(hù)二級激光防護(hù)鏡101的表面不受侵害，所以設(shè)置了氣體吹掃裝置103。在設(shè)置了氣體吹掃裝置103的情況下，來自于所述氣體吹掃裝置103的氣體出口的氣流可以吹掃所述保護(hù)錐體通孔102所在平面(即圖2所示保護(hù)錐體通孔102所在水平面)的下方區(qū)域，所述氣體吹掃裝置103的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者為水平方向。在本實施方式中，所述氣體吹掃裝置103的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為水平方向。在其他實施方式中，所述氣體吹掃裝置103的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向還可以為朝向下方的方向。請參見圖3，圖3是本實用新型的第一種實施方式的半導(dǎo)體激光器的工作原理圖。在半導(dǎo)體激光器對工件的激光加工過程中，雖然熔融合金粉末3有可能像現(xiàn)有技術(shù)中的圖I中的那樣向半導(dǎo)體激光器的激光頭的保護(hù)錐體通孔102移動，并通過該保護(hù)錐體通孔102到達(dá)二級激光防護(hù)鏡101，但是由于在本實施方式中氣體吹掃裝置103出來的氣流(圖中為大致水平的線條)的水平吹掃(或者認(rèn)為是大致的水平吹掃)，可以防止上述熔融合金飛濺物3通過半導(dǎo)體激光器的保護(hù)錐體通孔102并到達(dá)二級激光防護(hù)鏡101，從而影響激光頭的一級保護(hù)鏡片，達(dá)到防止二級激光防護(hù)鏡101被熔融合金飛濺物污染的效果。對于氣體吹掃裝置103，可以在保護(hù)錐體通孔102的左下側(cè)設(shè)置(如圖3所示)，也可以在保護(hù)錐體通孔102的右下側(cè)設(shè)置，也可以在保護(hù)錐體通孔102的左下側(cè)和右下側(cè)同時設(shè)置。即，可以在保護(hù)錐體通孔102的下面的一側(cè)設(shè)置氣體吹掃裝置103，也可以在保護(hù)錐體通孔102的下面的兩側(cè)同時設(shè)置氣體吹掃裝置103。在本實施方式中，氣體吹掃裝置103與所保護(hù)錐體通孔102之間沿激光出射方向的距離，即如圖3所示狀態(tài)下的垂直距離可以為(TlOmm。優(yōu)選的數(shù)值還可以有2mm，3mm，6mm，7mm。需要說明的是，在本實用新型中，“氣體吹掃裝置103與保護(hù)錐體通孔102的垂直距離”，是指從保護(hù)錐體通孔102所在平面到氣體吹掃裝置103的氣流出口處的頂端的垂直距離。這里的氣流出口處的頂端，是指氣流的最上邊緣，也就是氣流出口處的內(nèi)徑的最上端。如圖4所示。圖4是說明“氣體吹掃裝置與保護(hù)錐體通孔的垂直距離”的具體意義的示意圖。圖4中的“L”所示的距離就是“氣體吹掃裝置103與所述保護(hù)錐體通孔102的垂直距離”。[0047]在本實施方式中，來自于氣體吹掃裝置103的氣流是水平方向的吹掃。使用的氣體是壓縮空氣。至于氣體吹掃裝置103的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在本實用新型中并沒有特別的要求。例如，在氣體吹掃裝置103為壓縮空氣吹掃裝置時，壓縮空氣的吹出方向為水平方向，壓縮空氣的來源可以使用空氣壓縮機(jī)等裝置。另外，本實用新型的實施方式中，來自于氣體吹掃裝置103的氣流可以是水平方向，也可以是斜著朝向下方的方向。圖5所示就是本實用新型的第二種實施方式的半導(dǎo)體激光器的工作原理圖。在圖5中，來自于氣體吹掃裝置103的氣流的前進(jìn)方向是斜向下的。在第二種實施方式中，來自于氣體吹掃裝置103的氣流的前進(jìn)方向與保護(hù)錐體通孔102所在平面的夾角為30°，也可以為25°，20° ,15° ,10°，5°等。但是最優(yōu)選的還是0°，即來自于氣體吹掃裝置103的氣流是水平方向時，最為優(yōu)選。在此，需要重申的是，本實用新型之所以能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問題，是因為在保護(hù)錐體通孔的附近設(shè)置了氣體吹掃裝置，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流用于 吹掃保護(hù)錐體通孔所在平面的下方區(qū)域，氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者為水平方向，所以，在進(jìn)行激光熔覆等激光加工過程中，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流能夠不斷地吹掃保護(hù)錐體通孔所在平面的下方，從而可以將污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物吹離保護(hù)錐體通孔，避免污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物通過所述保護(hù)錐體通孔而到達(dá)所述二級激光防護(hù)鏡，從而影響到激光頭，避免所述二級激光防護(hù)鏡遭受污染或者破壞，確保了激光頭的正常工作。此外，由本實用新型圖2、圖3或圖5所示的實施方式可以看出，在連接罩與二級激光防護(hù)鏡101之間形成有第一腔體4，第一腔體4上具有第一氣體入口 401和第一氣體出口 402，在二級激光防護(hù)鏡101與保護(hù)錐體通孔102之間形成有第二腔體5，第二腔體5上具有第二氣體入口 501和第二氣體出口。其中，所述第一氣體出口 402與所述第二氣體入口 501連通，例如可以通過連通管路6連通，所述第二氣體出口為所述保護(hù)錐體通孔102。通過在所述二級激光防護(hù)鏡的上方和下方設(shè)置第一腔體和第二腔體，并使所述第一腔體和所述第二腔體連通，這樣除使用氣體吹掃裝置將所述保護(hù)錐體通孔周圍的污染物質(zhì)或者熔融合金粉末吹離之外，為保證激光頭的干燥及清潔向所述第一腔體和所述第二腔體中通入氣體為惰性氣體氮?dú)?，使第二腔體內(nèi)始終保持正壓，防止了污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物的進(jìn)入。具體地，在向所述第一腔體中通入氣體的情況下，可以使得氣體進(jìn)入所述第二腔體，從而使得污染物質(zhì)或者熔融合金粉末遠(yuǎn)離所述二級激光防護(hù)鏡，從而對一級激光防護(hù)鏡進(jìn)一步起到保護(hù)作用。進(jìn)一步地，所述第二腔體5為錐形腔體，由于所述第二腔體為包圍著所述二級激光防護(hù)鏡的錐形腔體，錐形腔體的下部的內(nèi)徑小于錐形腔體的上部的內(nèi)徑。也就是從上至下逐漸縮小的結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以提高從所述保護(hù)錐體通孔出來的氣流的吹動力，而且也減少了激光反射進(jìn)入腔體燒損防護(hù)鏡片的幾率。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體激光器，其特征在于，在半導(dǎo)體激光器的激光頭上沿激光出射方向依次具有ニ級激光防護(hù)鏡和保護(hù)錐體通孔，所述ニ級激光防護(hù)鏡用于透過激光并通過所述保護(hù)錐體通孔向激光器的外部射出激光； 在所述保護(hù)錐體通孔的附近具有氣體吹掃裝置，來自于所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流吹掃所述保護(hù)錐體通孔的下方區(qū)域，所述氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者水平方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出ロ的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^80°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出ロ的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置的氣體出ロ的氣流的前進(jìn)方向與所述保護(hù)錐體通孔所在平面的夾角為0° ^15°。
5.根據(jù)權(quán)利要求r4中任意一項所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置與所述保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離為(TlOmm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置與所述保護(hù)錐體通孔之間沿激光出射方向的距離為(T5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣體吹掃裝置為壓縮空氣吹掃裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述連接罩內(nèi)形成有第一腔體，所述第一腔體上具有第一氣體入口和第一氣體出ロ，所述ニ級激光防護(hù)鏡與所述保護(hù)錐體通孔之間形成有第二腔體，所述第二腔體上具有第二氣體入口和第二氣體出ロ，所述第一氣體出ロ與所述第二氣體入口連通，所述第二氣體出ロ為所述保護(hù)錐體通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述第二腔體為錐形腔體。
專利摘要本實用新型提供一種半導(dǎo)體激光器。在該半導(dǎo)體激光器的激光頭上沿激光出射方向依次具有二級激光防護(hù)鏡和保護(hù)錐體通孔，二級激光防護(hù)鏡通過保護(hù)錐腔通孔向激光器的外部射出激光，在保護(hù)錐體通孔的附近具有氣體吹掃裝置，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流吹掃所述通孔的下方區(qū)域，氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流的前進(jìn)方向為朝向下方或者水平方向。本實用新型的半導(dǎo)體激光器，在進(jìn)行激光熔覆等激光加工過程中，來自于氣體吹掃裝置的氣體出口的氣流能夠不斷地吹掃保護(hù)錐體通孔的下方，從而可以將污染物質(zhì)或者熔融合金飛濺物吹離保護(hù)錐體通孔，避免激光防護(hù)鏡遭受污染或者破壞，同時緩解了從保護(hù)錐體通孔出來的氣體對預(yù)置在工件表面的合金粉末的影響。
文檔編號B23K26/14GK202752748SQ20122037808
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者李希勇, 周峰, 杜伯奇, 張延亮, 楊慶東, 蘇倫昌, 董春春, 楊帆 申請人:山東能源機(jī)械集團(tuán)大族再制造有限公司