用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其中的半導(dǎo)體激光器疊陣的每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元安裝有波長(zhǎng)不同的兩組激光芯片，整形模塊包括反射鏡和濾光片，該濾光片鍍有對(duì)波長(zhǎng)為λ1的激光高反射的膜和對(duì)波長(zhǎng)為λ2的激光高透的膜；反射鏡設(shè)置于第一激光芯片組出光光路上，所述濾光片設(shè)置于第二激光芯片組出光光路上，反射鏡鏡面與濾光片平行設(shè)置，使得第二激光芯片組的激光通過(guò)濾光片與第一激光芯片組的激光合束出射。本發(fā)明輸出能量高，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)寬光譜高功率輸出，對(duì)于激光加工應(yīng)用可以處理多種不同的金屬材料，較之于單一波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)在對(duì)金屬進(jìn)行處理時(shí)，金屬表面吸收效率更高。
【專利說(shuō)明】 用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光光源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率半導(dǎo)體激光器具有體積小、重量輕、效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于激光加工、激光醫(yī)療、激光顯示及科學(xué)研究領(lǐng)域，成為新世紀(jì)發(fā)展快、成果多、學(xué)科滲透廣、應(yīng)用范圍大的綜合性核心器件。
[0003]半導(dǎo)體激光器正朝著高功率的方向發(fā)展，尤其在激光加工等領(lǐng)域，半導(dǎo)體激光器的千瓦級(jí)連續(xù)輸出已成為必然需求。并且隨著對(duì)加工件的加工深度增大,更高輸出功率,更小光斑的半導(dǎo)體激光器急需研制。但是，與其他激光器相比，半導(dǎo)體激光器的光束質(zhì)量比較差，快慢軸的光束質(zhì)量不均勻，遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)呈橢圓高斯分布，聚焦難度較大，實(shí)現(xiàn)較小光斑的激光輸出不易。同時(shí)目前用于激光加工半導(dǎo)體激光器疊陣為單一波長(zhǎng)，因不同金屬對(duì)不同波長(zhǎng)的激光吸收效率不同，單一波長(zhǎng)在激光加工過(guò)程中所加工的金屬種類有限，且對(duì)一同一種金屬加工效率低。
[0004]半導(dǎo)體激光器慢軸方向BPP (光束質(zhì)量參數(shù))很大，其慢軸方向光束質(zhì)量很差，而快軸方向BPP(光束質(zhì)量參數(shù))比較小，這樣同一巴條類半導(dǎo)體激光器快軸方向和慢軸方向BPP不匹配限制了其應(yīng)用，需平衡快軸方向和慢軸方向的BPP，需要復(fù)雜的光學(xué)整形來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0005]一般用多個(gè)棱鏡進(jìn)行切割重排的光學(xué)整形方式，此種方法是將BPP大的方向的壓力分擔(dān)到BPP小的方向，切割重排形式復(fù)雜，能量損失大。
[0006]另外，目前市場(chǎng)上僅見一個(gè)芯片封裝在一個(gè)液體制冷器上的結(jié)構(gòu)，且光學(xué)整形較復(fù)雜、功率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光疊陣和設(shè)置于半導(dǎo)體激光器出光方向的整形模塊；其特征在于:半導(dǎo)體激光器疊陣的每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元安裝有波長(zhǎng)不同的兩組激光芯片，其中第一激光芯片組與第二激光芯片組出光平行，記第一激光芯片組的波長(zhǎng)為X1，第二激光芯片組的波長(zhǎng)為λ2;所述整形模塊包括反射鏡和濾光片，該濾光片鍍有對(duì)波長(zhǎng)為X1的激光高反射的膜和對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光高透的膜；所述反射鏡設(shè)置于第一激光芯片組出光光路上，所述濾光片設(shè)置于第二激光芯片組出光光路上，反射鏡鏡面與濾光片平行設(shè)置，使得第二激光芯片組的激光通過(guò)濾光片與第一激光芯片組的激光合束出射。
[0010]基于上述基本方案，本發(fā)明還做如下優(yōu)化限定和改進(jìn):
[0011]上述反射鏡和濾光片均在所處光路中成45度角設(shè)置。[0012]上述每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元包括液體制冷塊、絕緣層和電極層；其中，液體制冷塊由導(dǎo)電導(dǎo)熱材料制成，該液體制冷塊在平面上分為主體制冷區(qū)和芯片安裝區(qū)，所述第一激光芯片組和第二激光芯片組的正極面焊接在芯片安裝區(qū)，絕緣層焊接覆蓋在主體制冷區(qū)上，電極層整體焊接覆蓋在絕緣層以及第一激光芯片組和第二激光芯片組的負(fù)極面上。
[0013]上述第一激光芯片組和第二激光芯片組分置于芯片安裝區(qū)的兩側(cè)，所述電極層對(duì)應(yīng)于芯片安裝區(qū)的部分為U型，該U型部貼緊第一激光芯片組和第二激光芯片組。
[0014]上述第一激光芯片組和第二激光芯片組均采用單個(gè)芯片。當(dāng)然也可以由兩、三個(gè)芯片構(gòu)成一組。
[0015]上述電極層材料選用高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料，可以是金，也可以是銅；絕緣層材料為絕緣樹脂材料，可以是聚酰亞胺、聚酯材料，也可選用陶瓷。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]在同一個(gè)液體制冷器上封裝兩組激光芯片，在相同電流下，輸出功率比單個(gè)芯片封裝在一個(gè)液體制冷器高一倍，同時(shí)在進(jìn)行光學(xué)整形時(shí)，光斑比單個(gè)芯片的激光器的能量更高；同時(shí)選用兩組不同波長(zhǎng)的激光芯片，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)寬光譜高功率輸出，對(duì)于激光加工應(yīng)用可以處理多種不同的金屬材料，另外，較之于單一波長(zhǎng)，不同波長(zhǎng)在對(duì)金屬進(jìn)行處理時(shí)，金屬表面吸收效率更高。
[0018]電極層前端設(shè)置為U型，U型部分貼合在兩個(gè)芯片上，使得電極層前端不易與液體制冷器中兩個(gè)芯片安裝區(qū)的中間位置接觸而導(dǎo)致短路，使得激光器可靠性更高；同時(shí)這種散熱絕緣結(jié)構(gòu)也保證了對(duì)兩個(gè)激光芯片的散熱效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)原理圖。
[0021]圖3為本發(fā)明中任一個(gè)半導(dǎo)體激光器拆解示意圖。
[0022]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
[0023]1-半導(dǎo)體激光器疊陣；2_整形模塊；5-反射鏡；6-液體制冷器；7_第一半導(dǎo)體激光器芯片；8_第二半導(dǎo)體激光器芯片；9_絕緣層；10_電極層；11_濾光片；12，13，14，15-激光。
【具體實(shí)施方式】
[0024]用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)包括半導(dǎo)體激光疊陣、整形模塊；
[0025]半導(dǎo)體激光器疊陣為第一激光芯片和第二激光芯片同時(shí)封裝在一個(gè)制冷器上，再將多個(gè)封裝好芯片的制冷器堆疊而成。
[0026]傳統(tǒng)的制冷器只能封裝一個(gè)厘米型芯片，不利于后期光學(xué)整形。
[0027]本發(fā)明是將兩個(gè)激光芯片同時(shí)封裝在一個(gè)制冷器上，這樣可以在后期整形的過(guò)程中較好的控制光斑的大小。
[0028]第一激光芯片和第二激光芯片波長(zhǎng)不同，所述的整形模塊包括反射鏡及濾光片。第一激光芯片與第二激光芯片出光平行且出光端平齊；第一激光芯片發(fā)出波長(zhǎng)為λ i的激光，第二激光芯片發(fā)出波長(zhǎng)為λ2的激光，在第一激光芯片出射方向設(shè)置反射鏡，用于對(duì)第一激光芯片發(fā)出的激光進(jìn)行反射。
[0029]在第二激光芯片激光出射方向設(shè)置濾光片，該濾光片鍍有對(duì)波長(zhǎng)為λ I的激光高反射的膜和對(duì)波長(zhǎng)為λ2的激光高透的膜。
[0030]如圖1和圖2所示，第一激光芯片7發(fā)出λ i的激光12經(jīng)過(guò)反射鏡5反射后為波長(zhǎng)為λ i的激光13射入濾光片11,第二激光芯片8發(fā)出λ 2的激光14入射至濾光片11,濾光片11鍍有對(duì)波長(zhǎng)λ I的激光高反射的膜，鍍有對(duì)波長(zhǎng)λ 2的激光高透射的膜，波長(zhǎng)為λ I的激光13和波長(zhǎng)為λ 2的激光14經(jīng)過(guò)濾過(guò)片合束為多波長(zhǎng)激光15進(jìn)行輸出。
[0031]兩個(gè)激光芯片不同波長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)寬光譜高功率輸出，對(duì)于激光加工應(yīng)用可以處理多種不同的金屬材料，較之于單一波長(zhǎng)，多波長(zhǎng)激光在對(duì)金屬進(jìn)行處理時(shí)，金屬表面吸收效率更高。
[0032]如圖3所示，液體制冷器包括制冷主體及芯片安裝區(qū)，在芯片安裝區(qū)A和芯片安裝區(qū)B處分別焊接芯片后，在制冷片主體處焊接絕緣層，在芯片及絕緣層上部焊接電極層，所述電極層前端為U型，U型部分別貼緊芯片。
[0033]電極層材料選用高導(dǎo)熱導(dǎo)電材料，可以是金，也可以是銅；絕緣層材料為絕緣樹脂材料，可以是聚酰亞胺、聚酯材料，也可選用陶瓷。
【權(quán)利要求】
1.用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，包括半導(dǎo)體激光疊陣和設(shè)置于半導(dǎo)體激光器出光方向的整形模塊；其特征在于:半導(dǎo)體激光器疊陣的每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元安裝有波長(zhǎng)不同的兩組激光芯片，其中第一激光芯片組與第二激光芯片組出光平行，記第一激光芯片組的波長(zhǎng)為X1，第二激光芯片組的波長(zhǎng)為λ2;所述整形模塊包括反射鏡和濾光片，該濾光片鍍有對(duì)波長(zhǎng)為λ 激光高反射的膜和對(duì)波長(zhǎng)為λ 2的激光高透的膜；所述反射鏡設(shè)置于第一激光芯片組出光光路上，所述濾光片設(shè)置于第二激光芯片組出光光路上，反射鏡鏡面與濾光片平行設(shè)置，使得第二激光芯片組的激光通過(guò)濾光片與第一激光芯片組的激光合束出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其特征在于:所述反射鏡和濾光片均在所處光路中成45度角設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其特征在于:所述每個(gè)半導(dǎo)體激光器單元包括液體制冷塊、絕緣層和電極層；其中，液體制冷塊由導(dǎo)電導(dǎo)熱材料制成，該液體制冷塊在平面上分為主體制冷區(qū)和芯片安裝區(qū)，所述第一激光芯片組和第二激光芯片組的正極面焊接在芯片安裝區(qū)，絕緣層焊接覆蓋在主體制冷區(qū)上，電極層整體焊接覆蓋在絕緣層以及第一激光芯片組和第二激光芯片組的負(fù)極面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其特征在于:第一激光芯片組和第二激光芯片組分置于芯片安裝區(qū)的兩側(cè)，所述電極層對(duì)應(yīng)于芯片安裝區(qū)的部分為U型，該U型部貼緊第一激光芯片組和第二激光芯片組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其特征在于:第一激光芯片組和第二激光芯片組均采用單個(gè)芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光加工多波長(zhǎng)高功率半導(dǎo)體激光器光源系統(tǒng)，其特征在于:所述電極層材料采用金或銅，絕緣層材料為聚酰亞胺、聚酯材料或陶瓷。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK103532018SQ201310525019
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】王敏, 王警衛(wèi), 梁雪杰, 劉興勝 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司