專利名稱：大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固體激光腔，特別涉及一種大功率激光二極管水平線陣泵浦 固體激光腔。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的大功率激光二極管泵浦的固體激光腔中，由于大功率半導(dǎo)體激光器的發(fā) 散角度比較大，一般為40x10度，因此就有可能出現(xiàn)泵浦光的一部分照射到晶體棒之外而 沒有被晶體吸收的情況，或者即使全部照射到晶體，但一次吸收不完全，部分光透過晶體。 這就需要將透過或者沒有被晶體吸收的光再次反射回晶體。通常的做法是加裝準(zhǔn)直透鏡， 使得半導(dǎo)體激光器的發(fā)散角度變得很小，同時(shí)，使用一根石英管，表面大部分鍍有808nm的 高反膜，剩余的部分呈120°鍍有三條808nm增透膜，大功率激光二極管巴條發(fā)出的光經(jīng)準(zhǔn) 直后會(huì)聚到這三條鍍?cè)鐾改さ莫M長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)，然后透過石英管的管壁，被晶體吸收。由于石英 管大部分區(qū)域鍍有高反膜，未被晶體吸收的光被高反膜來回反射，直至被晶體充分地吸收， 同時(shí)石英管中通冷卻水，將產(chǎn)生的熱量迅速帶走。采用上述方法，光轉(zhuǎn)換效率低，且結(jié)構(gòu)復(fù) 雜，成本高，不利于批量生產(chǎn)。新型的泵浦方案力圖克服傳統(tǒng)方案的不足，專利公開號(hào)為CN1417906的中國(guó)專利 提出了一種集成化的環(huán)形大功率激光二極管巴條泵浦腔，該腔由多個(gè)大功率激光二極管巴 條和多個(gè)弧形電極圍成一圈安裝于絕緣圈的內(nèi)表面，弧形電極構(gòu)成了內(nèi)表面為高反射面的 密閉的泵浦腔，未充分吸收的泵浦光經(jīng)過弧形電極的內(nèi)表面多次反射最終被晶體棒吸收， 從而達(dá)到高的吸收效率，這種泵浦腔無須復(fù)雜的光學(xué)耦合系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)新穎，效率高的特 點(diǎn)，但是，激光器需要和弧形電極燒結(jié)在一起，不同于傳統(tǒng)的方形熱沉，增加了燒結(jié)的難度， 而且相鄰弧形電極之間一般只能燒結(jié)一個(gè)巴條，多個(gè)圍成一圈的弧形電極一般只能燒結(jié) 3-5個(gè)巴條，因此對(duì)于更大功率的應(yīng)用需要多個(gè)模塊串聯(lián)而成，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。中 國(guó)專利CN1681171提出一種泵浦光偏心注入，經(jīng)過泵浦腔內(nèi)壁的多次漫反射均勻泵浦激光 晶體棒的泵浦腔，泵浦光通過漫反射腔壁開的狹縫導(dǎo)入光，同樣無須復(fù)雜的光學(xué)耦合系統(tǒng)， 這種結(jié)構(gòu)提高了泵浦的均勻性，從而降低了晶體棒受到的熱應(yīng)力，提高了光束質(zhì)量和泵浦 效率，但是由于狹縫吸收損耗較大，為此只采用單個(gè)狹縫，因此泵浦模塊只能采用單個(gè)的線 陣，導(dǎo)致注入的泵浦光功率受到限制，如果增加狹縫的個(gè)數(shù)則損耗會(huì)增大。總之，新的方案 仍然存在燒結(jié)工藝?yán)щy，系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，或者泵浦功率受到限制等缺點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種燒結(jié)工藝簡(jiǎn)單，集成度高， 易于模塊化批量生產(chǎn)，且效率高的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是提供一種大功率激光二極管水 平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷卻水道，水冷熱沉外壁和激光二 極管水平線陣，其特征在于至少2個(gè)激光二極管水平線陣(11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設(shè)置，圍成一圈，各弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱 沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外壁(8)之間形成冷卻水道(10)； 所述的激光二極管水平線陣(11)，其激光二極管巴條( 固定于上、下兩片陶瓷熱沉(3、4) 的中間，相鄰巴條電極面的正極或負(fù)極的朝向相反，通過陶瓷熱沉上互相電隔離的電極連 在一起，構(gòu)成正、負(fù)電極串聯(lián)在一起的水平線陣。所述的激光二極管水平線陣(11)與弧形熱沉⑴之間，以及弧形熱沉⑴與水冷 熱沉內(nèi)壁(7)之間，通過焊料或者導(dǎo)熱膠或者導(dǎo)電膠連接。所述的激光二極管水平線陣(11)，其陶瓷熱沉(3、4) 一面為整個(gè)表面金屬化并且 連在一起，該面與弧形熱沉(1)相連，另外一面金屬化成互相隔開的電極，電極之間互相電 隔1 °所述的激光二極管水平線陣(11)，其線陣電極(6)由第一個(gè)和最末位的激光二極 管巴條的電極分別引出，或由陶瓷熱沉(3、4)分別引出，作為水平線陣的正極或負(fù)極。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、由于本實(shí)用新型將多個(gè)大功率激光二極管巴條通過串聯(lián)的方式燒結(jié)到長(zhǎng)條形 的陶瓷熱沉上，構(gòu)成水平線陣，然后水平線陣再通過焊料或者導(dǎo)熱膠或者導(dǎo)電膠與弧形熱 沉相連，從而避免了直接將弧形熱沉與大功率激光二極管巴條燒結(jié)的困難，簡(jiǎn)化了燒結(jié)的 工藝，提高了成品率。同時(shí)弧形熱沉的高反射面可以來回反射未被晶體吸收的光，使泵浦光 多次穿過晶體被充分吸收，從而提高了泵浦效率。2、本實(shí)用新型水平線陣中相鄰激光二極管巴條的正負(fù)電極位于同一面且通過陶 瓷熱沉上的電極連接在一起，從而在燒結(jié)的同時(shí)自動(dòng)將水平線陣中多個(gè)巴條的正負(fù)電極連 接在一起，省去了額外的電極互聯(lián)裝置，大大縮小了封裝尺寸，使得水平線陣與弧形熱沉可 以方便地組合成環(huán)形密閉泵浦腔。單個(gè)線陣可以集成封裝多個(gè)巴條，多個(gè)線陣的組合可以 將多個(gè)巴條封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)整體，因此，本實(shí)用新型具有較高的集成度。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光 腔結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣的封裝方案示 意圖；其中1、弧形熱沉；2、冷卻水流入口 ；3和4、陶瓷熱沉；5、激光二極管巴條；6、線 陣電極；7、水冷熱沉內(nèi)壁；8、水冷熱沉外壁；9、冷卻水流出口 ；10、冷卻水道；11、激光二極 管水平線陣。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見圖1所示，它是本實(shí)施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣 泵浦固體激光腔結(jié)構(gòu)的截面示意圖。在圖1中，三個(gè)激光二極管水平線陣11分別與三個(gè)弧 形熱沉1連接，圍成一圈，弧形熱沉構(gòu)成了內(nèi)表面為高反射的圓柱面，該圓柱面為泵浦腔。 弧形熱沉內(nèi)表面可以拋光然后鍍金形成高反射面或者鍍高反射的介質(zhì)膜。[0017]弧形熱沉1置于水冷熱沉內(nèi)壁7的通孔內(nèi)，該水冷熱沉內(nèi)壁7和水冷熱沉外壁8之 間形成冷卻水道10用來散熱，冷卻水流入口 2流入的冷卻水，經(jīng)冷卻水道10后從冷卻水流 出口 9流出。弧形熱沉與水冷熱沉內(nèi)壁之間通過焊料或者導(dǎo)熱膠或者導(dǎo)電膠連接在一起。參見圖2所示，它是本實(shí)施例提供的一種大功率激光二極管水平線陣的結(jié)構(gòu)示意 圖；采用6個(gè)激光二極管巴條5燒結(jié)成串聯(lián)的水平陣列，在本例實(shí)施中，水平線陣封裝的陶 瓷熱沉3和4的材料可以采用BeO或者AlN或者SiC等，陶瓷熱沉3，4材料雙面金屬化形 成電極1和2，陶瓷熱沉一面為整個(gè)表面金屬化并且連在一起，另外一面金屬化電極分成互 相隔開的多個(gè)電極段，電極段之間互相電隔離，巴條之間間距一定的長(zhǎng)度，中間電極段的長(zhǎng) 度為兩個(gè)巴條的長(zhǎng)度加上巴條之間間距的長(zhǎng)度，陶瓷熱沉4比陶瓷熱沉3稍長(zhǎng)，長(zhǎng)出的部分 用來引出線陣電極6的正、負(fù)極，或者陶瓷熱沉4在首尾巴條處比陶瓷熱沉3稍寬，寬出的 部分用來引出線陣電極6的正、負(fù)極。巴條夾在陶瓷熱沉4和3之間，巴條通過焊料燒結(jié) 到陶瓷熱沉的電極上，奇偶數(shù)巴條的正負(fù)極面是顛倒放置的，如圖2中，第一個(gè)巴條正極朝 下，第二個(gè)巴條正極朝上，而第三個(gè)巴條正極又朝下，依此類推，這樣，使第一個(gè)的巴條的負(fù) 極，第2個(gè)巴條的正極通過陶瓷熱沉3的電極連接在一起，而第2個(gè)的巴條的負(fù)極，第3個(gè)巴 的正極通過陶瓷熱沉4的電極連接在一起，通過相反放置相鄰巴條的正極和負(fù)極，且通過 陶瓷熱沉上的互相隔離的分段電極，水平線陣的巴條在燒結(jié)的同時(shí)正負(fù)極就互相串聯(lián)在一 起，最后，通過陶瓷熱沉4上的電極引出的正負(fù)極作為線陣電極6。如果線陣巴條的數(shù)量為 奇數(shù)，線陣的正負(fù)極則從陶瓷熱沉3，4分別引出。這種封裝方案由于不需要額外的電極互 聯(lián)裝置，能夠?qū)⑺骄€陣的封裝尺寸大大縮小。該水平線陣由于奇偶數(shù)巴條的正負(fù)極面顛 倒放置，而正極一般發(fā)熱較大，因此兩個(gè)陶瓷熱沉都需要致冷，而且由于巴條的發(fā)光面是靠 近正極，奇偶數(shù)巴條的發(fā)光面不在同一個(gè)平面，兩者相差一個(gè)巴條的厚度大概0. 1毫米，這 在需要用準(zhǔn)直器對(duì)巴條的光場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)直的場(chǎng)合是不可以的，但是由于此處不需要準(zhǔn)直器， 而且巴條是用來泵浦固體激光器晶體棒，出光面高度的微小差別不會(huì)影響到泵浦的效率， 另外，由于線陣的上下陶瓷熱沉與弧形熱沉連接在一起，而弧形熱沉都通過水冷熱沉散熱， 因此上下陶瓷熱沉散熱也無問題。以上實(shí)施方式可以將18個(gè)40W的激光二極管巴條封裝成一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)泵浦 功率高達(dá)720W的密閉的泵浦腔。由上述實(shí)施例可以看到，本實(shí)用新型采用弧形熱沉和大功率激光二極管巴條燒結(jié) 在一起構(gòu)成一個(gè)密閉的泵浦腔的方式，將多個(gè)大功率激光二極管巴條先通過串聯(lián)的方式燒 結(jié)到長(zhǎng)條形的陶瓷熱沉上，構(gòu)成水平線陣，然后再與弧形熱沉連接在一起，從而避免了直接 將弧形熱沉與大功率激光二極管巴條燒結(jié)的困難，簡(jiǎn)化了燒結(jié)的工藝，提高了成品率。同 時(shí)，本實(shí)用新型水平線陣中奇偶數(shù)激光二極管巴條的正負(fù)電極位于同一面且通過陶瓷熱沉 上的電極連接在一起，從而在燒結(jié)的同時(shí)自動(dòng)將水平線陣中多個(gè)巴條的正負(fù)電極連接在一 起，省去了額外的電極互聯(lián)裝置，大大縮小了封裝尺寸，使得水平陣列與弧形熱沉可以方便 地組合成環(huán)形密閉泵浦腔。而傳統(tǒng)的水平線陣奇偶數(shù)巴條的正負(fù)極不在同一面，需要額外 的電極互聯(lián)裝置將正負(fù)極相連，體積非常大。本實(shí)用新型的集成度高，單個(gè)線陣可以集成封 裝多個(gè)巴條，多個(gè)線陣的組合可以將幾十上百個(gè)巴條封裝在一起，構(gòu)成一個(gè)整體的模塊。
權(quán)利要求1.一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷 卻水道，水冷熱沉外壁和激光二極管水平線陣，其特征在于至少2個(gè)激光二極管水平線陣 (11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設(shè)置，圍成一圈，各弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的 圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外 壁(8)之間形成冷卻水道(10)；所述的激光二極管水平線陣(11)，其激光二極管巴條(5) 固定于上、下兩片陶瓷熱沉(3、4)的中間，相鄰巴條電極面的正極或負(fù)極的朝向相反，通過 陶瓷熱沉上互相電隔離的電極連在一起，構(gòu)成正、負(fù)電極串聯(lián)在一起的水平線陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)與弧形熱沉(1)之間，以及弧形熱沉(1)與水冷熱沉內(nèi)壁 (7)之間，通過焊料或者導(dǎo)熱膠或者導(dǎo)電膠連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)，其陶瓷熱沉(3、4) 一面為整個(gè)表面金屬化并且連在一 起，該面與弧形熱沉(1)相連，另外一面金屬化成互相隔開的電極，電極之間互相電隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，其特征在于 所述的激光二極管水平線陣(11)，其線陣電極(6)由第一個(gè)和最末位的激光二極管巴條的 電極分別引出，或由陶瓷熱沉(3、4)分別引出，作為水平線陣的正極或負(fù)極。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大功率激光二極管水平線陣泵浦固體激光腔，包括弧形熱沉，水冷熱沉內(nèi)壁，冷卻水道，水冷熱沉外壁和激光二極管水平線陣。其中，激光二極管水平線陣(11)與相同數(shù)量的弧形熱沉(1)相間設(shè)置，圍成一圈，弧形熱沉的內(nèi)表面形成高反射的圓柱面泵浦腔；所述的弧形熱沉置于水冷熱沉內(nèi)壁(7)的通孔內(nèi)，通孔周圍和水冷熱沉外壁(8)之間形成冷卻水道(10)。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案具有制備工藝簡(jiǎn)單，集成度高，易于模塊化批量生產(chǎn)，且效率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/22GK201821000SQ20102054420
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者陳志標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州光格設(shè)備有限公司