具電路板的串聯式半導體雷射器的製作方法
2023-06-28 19:08:36 1
專利名稱：具電路板的串聯式半導體雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射器領域，尤其涉及一種具電路板的串聯式半導體雷射器。
背景技術：
半導體雷射器是以半導體材料做工質而產生受激發射作用的器件，其工作原理通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶(導帶與價帶)之間，或者半導體物質的能帶與雜質(受主或施主)能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於粒子數反轉狀態的大量電子與空穴複合時，便產生受激發射作用。通過光纖設備輸出的半導體雷射具有比較廣泛的應用領域，例如，雷射切割、雷射打標等，目前實現高功率密度光纖輸出雷射的主要方法是通過將多個半導體雷射器輸出光耦合後再由光纖輸出，其實現方式主要有兩種一是將半導體雷射器在晶片一級製成單片陣列形式，並聯工作，通過整形學系統將陣列中每個雷射器的輸出光重新排列合併在一起輸出；另一種方式是將多個獨立的半導體雷射器的輸出光經過整形合併在一起輸出，雷射器可以並聯也可以串聯，由於分立雷射器可以在耦合前進行篩選，並且可以採用單獨製冷，因此組合成的組件可靠性、一致性和壽命均好於使用陣列的組件。那麼如何在將多個獨立半導體雷射器耦合過程中儘可能的提高穩定性及結構的可靠性，成為了有待解決的難題。
發明內容
本發明的目的在於解決上述技術問題，提供一種具電路板的串聯式半導體雷射器，其採用電路板將多個獨立的雷射器串聯，增強了雷射強度，且結構簡單、拆裝方便。為達此目的，本發明採用以下技術方案一種具電路板的串聯式半導體雷射器，包括順序布置的供電模塊、雷射模塊、透鏡、光纖接頭，所述雷射模塊包括一個階梯熱沉和多個單管雷射器，所述的多個單管雷射器依次設置在所述階梯熱沉的臺階面上，且所述的多個單管雷射器通過一個電路板串聯連接，在每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡。進一步的，還包括底座，所述底座由其頂部向下延伸開有槽口，所述雷射模塊側裝於所述槽口內，並通過一蓋板封裝於所述底座內，所述透鏡通過透鏡支架安裝於底座前側，所述供電模塊安裝於所述底座的後側。優選的，所述整形透鏡安裝於整形透鏡支架上，所述整形透鏡支架固定於所述單管雷射器的前側，所述單管雷射器上部均固定有電極，所述單管雷射器固定於所述階梯熱沉的臺階面上，所述電路板固定於所述階梯熱沉的上部，且所述電極與電路板相接觸，以使兩者電連接。優選的，所述階梯熱沉的底面通過螺釘與所述底座的槽口側壁相連接，以使所述雷射模塊側裝於所述槽口內。優選的，所述蓋板與所述底座、所述透鏡與所述透鏡支架、所述透鏡支架與所述底座之間均通過粘接劑粘接，所述供電模塊通過螺釘固定於所述底座的後側，所述光纖接頭通過螺釘固定於底座前側，並位於所述透鏡的外側。優選的，所述整形透鏡支架通過螺釘固定於所述單管雷射器的前側，所述單管雷射器上部通過螺釘依次串接電極、墊圈，並通過所述螺釘整體固定於所述階梯熱沉的臺階面上，所述電路板的下部設置絕緣電路板，且一併通過螺釘固定於所述階梯熱沉的上部，所述電極與電路板相接觸，以使兩者電連接。優選的，所述整形透鏡包括雷射光束快軸整形透鏡、雷射光束慢軸整形透鏡，所述整形透鏡支架的頂部中心向下依次開設第一凹槽部分和第二凹槽部分，所述雷射光束慢軸整形透鏡通過粘接劑粘接於所述整形透鏡支架上端面，並位於所述第一凹槽部分上方，所述雷射光束快軸整形透鏡通過粘接劑粘接於所述雷射光束慢軸整形透鏡底部。優選的，所述供電模塊上設有供電端子和信號輸出端子。本發明的有益效果供電模塊連接外部電源，並通過電路板給多個相互串聯的單管雷射器供電，每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡，可以達到雷射光束準直效果，再通過透鏡進一步加強了雷射強度，最後通過與光纖接頭相接的光纖輸出。對比現有技術，該雷射器使用電路板將多個單管雷射器串聯連接，通過多個單管雷射器功率疊加，達到加強雷射強度目的，實現增強瓦數的效果，便於裝配、方便檢測，具有較強的替換性；同時雷射模塊採用側立安裝，有效的節省橫向空間，並能使多個單管雷射器保持一致的熱阻。
圖I為實施例所述的具電路板的串聯式半導體雷射器的立體結構圖；圖2為實施例所述的雷射模塊的立體結構圖；圖3為圖I中所示的具電路板的串聯式半導體雷射器的立體分解圖；圖4為圖2中所示的雷射模塊的立體分解圖；圖5為圖4中所示的整形透鏡的安裝示意圖。圖中I、底座；2、蓋板；3、光纖接頭；4、供電模塊；5、雷射模塊；51、階梯熱沉；52、供電電路板；53、單管雷射器；54、電極；55、整形透鏡支架；551、第一凹槽部分；552、第二凹槽部分；56、絕緣電路板；57、雷射光束慢軸整形透鏡；58、雷射光束快軸整形透鏡；6、透鏡；7、透鏡支架；8、緊固件。
具體實施例方式下面結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本發明的技術方案。本發明所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，包括底座以及順序布置的供電模塊、雷射模塊、透鏡、光纖接頭，底座由其頂部向下延伸開有槽口，雷射模塊側裝於所述槽口內，並通過一蓋板封裝於底座內，雷射模塊包括一個階梯熱沉和多個單管雷射器，所述的多個單管雷射器依次設置在所述階梯熱沉的臺階面上，且所述的多個單管雷射器通過一個電路板串聯連接，在每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡，通過電路板將多個單管雷射器串聯連接，採用多個單管雷射器功率疊加，達到加強雷射強度目的，實現增強瓦數的效果，便於裝配、方便檢測；同時雷射模塊採用側立安裝，有效的節省橫向空間，並能使多個單管雷射器保持一致的熱阻。、
如圖I 5所示，給出了一種具電路板的串聯式30W半導體雷射器具體實施例，其主要由供電模塊4、底座I、蓋板2、雷射模塊5、透鏡6、透鏡支架7、光纖接頭3組成(參見圖I、圖3所示)，底座I具有方形槽，雷射模塊5側裝於方形槽內，並通過緊固件8與方形槽左側壁固接，再通過蓋板2將其封裝於方形槽內，蓋板2與底座I之間通過粘接劑粘接；在底座I的後側開有供電模塊安裝孔，供電模塊4通過緊固件固定於底座的後側；在底座I的前側開口透鏡安裝孔，透鏡6通過粘接劑粘接在透鏡支架7上，再整體通過粘接劑粘接於底座I上；位於透鏡的外側，光纖接頭3通過緊固件固定於底座上，其用於與輸出設備的光纖相連接。供電模塊4上設有供電端子和信號輸出端子，供電端子用於連接外部電源，信號輸出端子可以在需要時直接用於信號的輸出，避免了信號的幹擾。
參見圖2、圖4所示，雷射模塊5主要由階梯熱沉51、供電電路板52、單管雷射器53、電極54、整形透鏡支架55、整形透鏡、絕緣電路板56組成。其中，階梯熱沉51具有五個臺階面，在每個臺階面上均設置有單管雷射器53，每個單管雷射器的前側(前側是指雷射照射的方向)通過緊固件固定整形透鏡支架55，整形透鏡安裝於整形透鏡支架上，每個單管雷射器53的上部依次放置有電極54、墊圈，然後從其上方旋入緊固螺釘，將電極54固定於單管雷射器53上部，並整體固定於階梯熱沉51的臺階面上；階梯熱沉51還具有兩支撐體，支撐體的高度高於臺階面的最高層高度，將供電電路板52置於支撐體上，並通過緊固件固定，五個單管雷射器被限制於階梯熱沉51與供電電路板52之間,且電極54與供電電路板52相接觸，實現兩者的電連接，供電電路板為單管雷射器供電，當單管雷射器發光發熱時階梯熱沉能起到一定的散熱作用，在實際製作時，電極則是按需簡短並折彎，以使其與供電電路板完全接觸，進一步提高連接的可靠性；在供電電路板52的下部還設置有絕緣電路板56，兩者一起通過緊固件固定在階梯熱沉的支撐體上。整形透鏡包括雷射光束慢軸整形透鏡57、雷射光束快軸整形透鏡58，對應的在整形透鏡支架頂部中心向下依次開設第一凹槽部分551和第二凹槽部分552(參見圖5所示)，雷射光束慢軸整形透鏡57通過粘接劑粘接於整形透鏡支架55上端面，並位於第一凹槽部分551上方，雷射光束快軸整形透鏡58通過粘接劑粘接於雷射光束慢軸整形透鏡57底部，並位於第一凹槽部分551及第二凹槽部分552內，整形透鏡的中心、兩凹槽部分中心以及整形透鏡支架中心優選的在同一直線上，能達到雷射光束快軸準直的效果。上述粘接劑優選的採用紫外固化膠膠水。工作時，供電模塊連接外部電源，並通過電路板給多個相互串聯的單管雷射器供電，每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡，可以達到雷射光束準直效果，再通過透鏡進一步加強了雷射強度，最後通過與光纖接頭相接的光纖輸出。以上結合具體實施例描述了本發明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發明保護範圍的限制。基於此處的解釋，本領域的技術人員不需要付出創造性的勞動即可聯想到本發明的其它具體實施方式
，這些方式都將落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，包括順序布置的供電模塊、雷射模塊、透鏡、光纖接頭，所述雷射模塊包括一個階梯熱沉和多個單管雷射器，所述的多個單管雷射器依次設置在所述階梯熱沉的臺階面上，且所述的多個單管雷射器通過一個電路板串聯連接，在每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡。
2.根據權利要求I所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，還包括底座，所述底座由其頂部向下延伸開有槽口，所述雷射模塊側裝於所述槽口內，並通過一蓋板封裝於所述底座內，所述透鏡通過透鏡支架安裝於 底座前側，所述供電模塊安裝於所述底座的後側。
3.根據權利要求2所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述整形透鏡安裝於整形透鏡支架上，所述整形透鏡支架固定於所述單管雷射器的前側，所述單管雷射器上部均固定有電極，所述單管雷射器固定於所述階梯熱沉的臺階面上，所述電路板固定於所述階梯熱沉的上部，且所述電極與電路板相接觸，以使兩者電連接。
4.根據權利要求2所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述階梯熱沉的底面通過螺釘與所述底座的槽口側壁相連接，以使所述雷射模塊側裝於所述槽口內。
5.根據權利要求2所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述蓋板與所述底座、所述透鏡與所述透鏡支架、所述透鏡支架與所述底座之間均通過粘接劑粘接，所述供電模塊通過螺釘固定於所述底座的後側，所述光纖接頭通過螺釘固定於底座前側，並位於所述透鏡的外側。
6.根據權利要求3所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述整形透鏡支架通過螺釘固定於所述單管雷射器的前側，所述單管雷射器上部通過螺釘依次串接電極、墊圈，並通過所述螺釘整體固定於所述階梯熱沉的臺階面上，所述電路板的下部設置絕緣電路板，且一併通過螺釘固定於所述階梯熱沉的上部，所述電極與電路板相接觸，以使兩者電連接。
7.根據權利要求3所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述整形透鏡包括雷射光束快軸整形透鏡、雷射光束慢軸整形透鏡，所述整形透鏡支架的頂部中心向下依次開設第一凹槽部分和第二凹槽部分，所述雷射光束慢軸整形透鏡通過粘接劑粘接於所述整形透鏡支架上端面，並位於所述第一凹槽部分上方，所述雷射光束快軸整形透鏡通過粘接劑粘接於所述雷射光束慢軸整形透鏡底部。
8.根據權利要求I 7任一項所述的具電路板的串聯式半導體雷射器，其特徵在於，所述供電模塊上設有供電端子和信號輸出端子。
全文摘要
本發明公開一種具電路板的串聯式半導體雷射器，包括底座以及順序布置的供電模塊、雷射模塊、透鏡、光纖接頭，所述底座由其頂部向下延伸開有槽口，所述雷射模塊側裝於所述槽口內，並通過一蓋板封裝於所述底座內，雷射模塊包括一個階梯熱沉和多個單管雷射器，所述的多個單管雷射器依次設置在所述階梯熱沉的臺階面上，且所述的多個單管雷射器通過一個電路板串聯連接，在每個單管雷射器的前方均設置整形透鏡。該雷射器使用電路板將多個單管雷射器串聯連接，通過多個單管雷射器功率疊加，達到加強雷射強度目的，實現增強瓦數的效果，便於裝配、方便檢測；同時雷射模塊採用側立安裝，有效的節省橫向空間，並能使多個單管雷射器保持一致的熱阻。
文檔編號H01S5/40GK102646922SQ20121012693
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月26日 優先權日2012年4月26日
發明者劉慶慶, 劉讓, 張軍, 李大明, 潘華東, 芮建保 申請人:無錫亮源雷射技術有限公司