专利名称：一种激光光源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光领域，尤其涉及一种激光光源。
技术背景激光器由于其独有的优势在光源方面有着越来越广泛的应用，尤其是激 光作为显示设备的光源在分辨率、对比度和色彩饱和度等方面具有明显的优 势，但是以传统的全固态激光器的独立结构形式直接改造为激光光源时存在 体积大、结构复杂、系统不稳定、维护难度高等诸多问题，特别是对于以全 固态激光器列阵作为光源的系统在以上方面的问题则更为严重与突出。而且，在采用全固态激光阵列作为激光光源的系统中，每台全固态激光 器都要采用一套散热、制冷及电控装置，成本高昂，且造成激光器列阵光源 系统的体积无法减小，而且不便于统一控制，统一散热，更不利于核心部件 的拆卸更换与激光列阵数量的更改。因此，现有技术中，利用激光列阵作为 激光光源，存在体积大、成本高、无法统一控制等诸多问题。 发明内容针对现有技术的不足，本实用新型的任务是提供一种针对多个激光器的 散热、制冷和电控装置集成控制的激光光源。第一方面，本实用新型提供一种激光光源，包括 两个或者两个以上激光器；一个或者多个组装热沉，每个所述组装热沉带有一个或多个孔位并且每 个孔位的形状与相应的所述激光器的形状相匹配，每个所述激光器嵌入在一 个相应的所述组装热沉的孔位中；以及散热器，其中，所述组装热沉固定在所述散热器上。第二方面，如本实用新型第一方面所述的激光光源，其中每个所述组装 热沉内嵌入多个所述激光器。第三方面，如本实用新型第一方面所述的激光光源，其中包括多个组装 热沉，每个组装热沉内嵌入一个所述激光器。第四方面，如本实用新型第一至第三方面之一所述的激光光源，其中所 述激光器为全固态激光器。第五方面，如本实用新型第一至第四方面之一所述的激光光源，其中包括散热壳体，每个所述激光器通过各自的所述散热壳体与所述组装热沉保 持热连接。第六方面，如本实用新型第一至第五方面之一所述的激光光源，所述散 热器包括一个或多个侧面，所述一个或多个组装热沉固定在所述一个或多 个领'J面上。第七方面，如本实用新型第一至第六方面之一所述的激光光源，包括半 导体制冷芯片，每个所述组装热沉通过一个或多个所述半导体制冷芯片固 定在所述散热器上。第八方面，如本实用新型第一至第七方面之一所述的激光光源，其中所 述半导体制冷芯片通过;圭胶或硅脂与所述组装热沉和所述散热器粘接。第九方面，如本实用新型第一至第八方面之一所述的激光光源，其中包 括用于封装所述激光光源的绝热盒和绝热盖。第十方面，提供一种采用如本实用新型第 一至第九方面之一所述的激光 光源的激光显示系统。采用本实用新型的方案，可以对列阵式全固态激光器光源进行集中散热 制冷，散热制冷结构紧凑，将激光器列阵中的所有重复性结构集中，进行统 一控制，统一散热，^v而也相应地减少了激光器的散热、制冷及电控系统等 器件的使用数目。因此，本实用新型不仅明显地减小了激光器列阵式光源的 整体体积，而且也较大幅度地降低了成本，其新型结构更使得激光器光源的 性能稳定可靠，从而有效地提高了激光器光源的各种性能。此外，本实用新 型还使激光光源的核心部件的更换及维修变得更为简单方便，而且使得更改 激光器的数量及其总体功率更为简易便捷，使得激光光源环境适应性强，适 用范围广，有利于规模化生产。
以下，结合附图来详细说明本实用新型的实施例，其中图1为根据本实用新型的第一个实施例的激光光源的立体分解示意图。图2为采用本实用新型的激光光源的激光显示系统的 一个实施例的结构 示意图。图3为根据本实用新型的第二个实施例的激光光源的立体分解示意图。图4为采用图3所示结构的激光光源的激光显示系统的一个实施例的结构示意图。图5为根据本实用新型的第三个实施例的激光光源的示意图。 图6为根据本实用新型的第四个实施例的激光光源的示意图。
具体实施方式
以下结合附图来详细描述本实用新型的实施例。图1为根据本实用新型的一个实施例的激光光源的立体分解示意图。如图l所示，激光光源包括组装热沉101、 111,半导体制冷芯片(简 称TEC) 102、 112，散热器103,激光器104、 114、 124、 134,绝热盖105 和绝热盒106。其中，激光器104、 114、 124、 134均带有各自的外部的 圓柱状散热壳体并且其散热壳体的形状分别与组装热沉101、 111内的四 个孔位相匹配，并分别置于各个孔位内，保持与组装热沉IOI、 111的热 连接。组装热沉IOI、 111通过硅脂或硅胶分别与TEC 102、 112的冷端面 热连接，而TEC 102、 112的热端面通过硅脂或硅胶与散热器103热连接。 本实施例中散热器103为相变散热器，散热器103的中心连有中空的通道， 作为相变散热器对外的散热通道，并且通过将其放置于绝热盒106位于中 心的相应的孔中，实现与绝热盒106之间的连接和固定。上述部件完成彼 此之间的固定之后，由绝热盒106和绝热盖105对其进行封装，从而实现 整体结构的绝热封闭。绝热盖105在分别对应上述激光器104、 114、 124、 134的出光位置处开有四个通光孔。绝热盒106上除了中心部位的用于散 热器103通道的孔外，其余四个孔用于四个激光器的电控装置的外接，其 中电控装置包括电源控制和温度控制，同时，也可以具有光功率检测和光 功率控制功能。这里可根据具体情况采用一套电控装置或多套电控装置。 绝热盒和绝热盖组成的隔热结构，使其内部的所有元件处于一个较好的绝 热环境，不仅达到了使热量向散热器定向传导的目的，而且保证激光器列 阵在工作时不会与外部环境发生热交换，免受外界环境的干扰，确保激光 器列阵不受外部温度影响而降低出光功率，保证激光器泵浦源不发生温度 飘移和保证晶体的温度匹配性稳定。其中，绝热盖的固定方式可以采用螺 钉，也可以釆用压圈。而使组装热沉、TEC和散热器之间粘合的材料也可以 采用除硅脂和硅胶外的其他热导率高的材料。当激光光源工作时，各激光器发出的热量通过各自的散热壳体传导至組 装热沉IOI、 111，并随后通过TEC102、 112传导至散热器103,最终由散热 器103通过其与外界相通的中空通道导出激光光源。绝热盒106和绝热盖105由热导率低的材料或者隔热材料制成，可以 为聚四氟乙烯或者聚氨酯等。绝热盖105上的通光孔的数量和位置根据激 光器的数量和位置而定。组装热沉101和111和散热壳体由导热率高的材 料制成，可以为铜、铝、铝合金、导热塑料、导热陶瓷等，并且组装热沉 上的孔位和孔位数需根据所用激光器的具体位置、结构和数量而设计决定， 孔位的形状也可以根据激光器及其散热壳体的外部形状而定，可以为柱状、 棱台状、长方体、楔形等。此外，孔位还可以根据激光光源及其外部功能 部件的装配结构而适当改变。散热器103采用相变形式，中空通道先横向 伸出绝热盒，然后弯曲垂直向上，在垂直向上部分的通道外部包有传统的 散热片，冷却工作介质通过中空通道导出绝热盒并气化上升，然后经散热 片散热后，中空通道的冷却工作介质再液化回流，从而构成相变散热。此 外，散热器103还可以采用传统的其他散热形式，所需结构可依照具体情 况而设定。散热器的冷却工作介质需采用热容大、相变潜热大的有机或无 机溶液，如溴化锂溶液、水、乙醇等，也可以为由两种或两种以上的冷却 工作介质组成的混合介质；散热器同样由导热率高的材料制成，可以为铜、 铝、铝合金、导热塑料、导热陶瓷等，根据冷却工作介质的性质而有所选 择不同，当冷却工作介质有腐蚀作用时，则需相对选择防腐蚀性导热材料， 也可以根据防氧化的需要选择不易氧化的导热材料。虽然本实施例中采用了四个单只激光器，对于采用一对对称组装热沉 的情况，激光器的数量还可以为2、 6、 8、 10、 12等，另外，所采用的组 装热沉的孔位还可以不对称，即两个组装热沉安装激光器的数量不相等， 这样激光器的数量可以为任意自然数。并且，组装热沉的数量不仅限于两 个，可根据具体需要设置多个，例如可以在同一散热器除了与绝热盖和绝 热盒底部相连的两个面外的三个侧面上各安装一个组装热沉，还可以在同 一散热器除了与绝热盖和绝热盒底部相连的两个面外的四个侧面上各安装 一个组装热沉。或者散热器采用横截面为多边形的棱柱体或者横截面为其 它形状的棱柱体，例如散热器可以采用六棱柱体，六个组装热沉分别安装 在六棱柱的六个侧面上。而在这种情况下，绝热盒和绝热盖的形状也相应 的进4于改变。另外，对于某些激光器，不需要通过散热壳体实现激光器与组装热沉 之间的热连接，可以将激光器直接嵌入组装热沉，或者将激光器固定在铜、铝等导热材料制成的基板上，再通过该基板将激光器固定在组装热沉的孔 位内。这里采用这种统一散热制冷及电控的组装方式，不仅可使结构整体体积 减小，而且采用的相变散热还具有工作介质取热量高、循环速度快的优点。在实际应用中，可以将激光器分成多个组，每组激光器嵌入在一个组装 热沉中。图2为采用本实用新型的激光光源的激光显示系统的 一个实施例的结构 示意图。本实施例的激光显示系统包括红光激光光源201、绿光激光光源202、 蓝光激光光源203、第一透射式液晶光阀206、第二透射式液晶光阀207、第 三透射式液晶光阀208 ， X-cube合色棱镜209、投影透镜系统210和屏幕211。红绿蓝激光光源各自为六个单支的红绿蓝激光器，每个单支的激光器各 自被装入一块棱台型的散热壳体中。以红光激光器为例，包有散热壳体的六 个红光激光器分别嵌入两个对称的组装热沉的相应孔位之中，每个组装热沉 有三个孔位，并且每个孔位的形状都与相应的激光器的散热壳体相对应。采 用与实施例1类似的方式，将激光器、组装热沉、散热器和TEC固定在绝热 盒内。固定时保证各部件之间保持一定应力，增加导热接触面，提高热接触 效率。六支激光器发出的激光通过光纤、透镜组或其它方式大体上合成一束， 作为红光激光光源201的输出。绿光激光光源202和蓝光激光光源203采用 与红光激光光源201类似的结构，只是采用不同的激光器。红光激光光源201、绿光激光光源202和蓝光激光光源203的输出方向 朝向X-cube合色棱镜209，并且其输出的激光在到达合色棱镜209前分别通 过第一透射式液晶光阀206、第二透射式液晶光阀207和第三透射式液晶光 阀208,再进入X-cube合色棱镜进行合色，最后入射到投影透镜系统210 后，在屏幕211上显示。其中，红绿蓝激光光源带有各自的电控部分，电控部分主要控制激光器 列阵的电源及进行温度控制，通过泵浦源末端的电路接口接入，实现控制和 供电功能，同时，也可以具有光功率检测和光功率控制功能。电控系统为红 绿蓝激光器组各自对应一套系统，比传统的单只激光器对应一套电控系统要 结构更为简单。图3为根据本实用新型的第二个实施例的激光光源的立体分解示意图。激光光源包括组装热沉301、 311、 321，半导体制冷芯片(简称TEC) 302、 312、 322,散热器303，红光激光器组304,蓝光激光器组314、绿 光激光器组324,绝热盖305和绝热盒306。其中，激光光源共由12个激光器组成，其中红光激光器组304包括4 个相同的红光激光器，蓝光激光器组314包括4个相同的蓝光激光器，绿光 激光器组324包括4个相同的绿光激光器。将激光器组的每个单支激光器装 在各自的棱台型的散热壳体中。组装热沉301、 311、 321各设有4个孔位， 其中孔位的形状和大小与激光器的散热壳体相对应。组装热沉301、 311、 321 通过硅脂或石圭胶分别与TEC302、 312、 322的冷端面热连接，而TEC的热端 面通过硅脂或硅胶与散热器303热连接。将4个红光激光器、4个蓝光激光 器、4个绿光激光器分別放入组装热沉301、 311、 321中，并用压圈分别将 12个激光器固定在组装热沉中。采用与实施例l类似的方式，将激光器、组 装热沉、散热器和TEC固定在绝热盒内。固定时保证各部件之间保持一定应 力，增加导热接触面，提高热接触效率。红光激光器组304通过透镜组或光 纤等方式大体上合成一束，蓝光激光器组314和绿光激光器组324同理也合 成一束，从而将12个激光器组成一个整体的红绿蓝激光光源。其中，红绿蓝激光器组各自对应一套电控系统，或者红绿蓝激光器组共 用 一个带有三个温控系统和一个激励源的一套电控系统。图4为采用图3结构的激光光源的激光显示系统的一个实施例的结构示意图。本实施例的激光显示系统包括由红光激光光源401、绿光激光光源402 和蓝光激光光源403组成的整体激光光源420、第一全反镜404、第二全反 镜405、第一透射式液晶光阀406、第二透射式液晶光阀407、第三透射式液 晶光阀408, X-cube合色棱镜409、投影透镜系统410和屏幕411。红光激光光源401、绿光激光光源402和蓝光激光光源403构成一个如 图3所示的整体的红绿蓝激光光源，其中，红光激光光源401为图3所示的 红光激光器组304合成的一束红光激光光束，绿光激光光源402为图3所示 的绿光激光器组324合成的一束绿光激光光束，蓝光激光光源403为图3所 示的蓝光激光器组314合成的一束蓝光激光光束。红光激光光源401和蓝光 激光光源403发出的激光分别经过第一全反射镜404和第二全反射镜405朝向X-cube合色棱镜反射，并随后分别穿过第一透射式液晶光阀406和第三 透射式液晶光阀408。如果红绿蓝激光器组是通过光纤各自合成一束的话， 绿光激光光源402则可直接通过光纤调整合适的光路高度和位置，然后经过 第二透射式液晶光阀407;如果红绿蓝激光器组是通过透镜组各自合成一束 的话，绿光激光光源402则需多个反射镜调整合适的光路高度和位置，然后 再经过第二透射式液晶光阀407。通过各自的液晶光阀后三束激光再分别进 入X-cube合色棱镜进行合色，最后入射到投影透镜系统410后，在屏幕411 上显示。在激光器列阵中，可以根据对总功率的要求来设计激光器的个数，还可 以根据红绿蓝的配光比来设计红绿蓝激光器的个数，从而来设计组装热沉的 孔位大小、位置和个数。由此可见，这里红绿蓝激光光源共用一个散热制冷系统，极大地减少了 激光光源的体积。此外，对于红绿蓝激光光源可以根据功率或配光比等具体 的需要，非常方便地进行更改，只需改变红绿蓝激光光源相应的组装热沉的 结构，重新设计一个符合需要的孔位数的组装热沉即可，对于维修和更换而 言都极为便捷。图5为根据本实用新型的第三个实施例的激光光源的示意图。 本实施例中的激光光源包括红光激光器501、绿光激光器502、蓝光 激光器503，组装热沉504, TEC505，相变导管508及制冷系统509。红光、 绿光、蓝光激光器501、 502和503放置并固定于组装热沉504的孔位中， 其中各个激光器可以直接固定于组装热沉中，也可以包裹有散热壳体再放 置并固定于组装热沉的孔位中。组装热沉504和TEC505的冷端面热连接， TEC505的热端面与相变导管508热连接。制冷系统509与相变导管508形 成相变散热系统。激光器的热量直接或者通过散热壳体传至组装热沉，通 过TEC的制冷实现温控，TEC热端的热量传导至相变导管，并且使相变工 作介质气化，气化后的相变工作介质经过制冷系统制冷后重新液化，从而 实现相变散热。其中，红绿蓝激光器501、 502、 503共用一套电控系统。 图6为根据本实用新型的第四个实施例的激光光源的示意图。 本实施例中，激光光源包括绿光激光器601、 602、 603,组装热沉604, TEC605和散热片606。绿光激光器601、 602和603放置并固定于组装热 沉604的孔位中，其中激光器可以直接固定于组装热沉中，也可以包裹有 散热壳体再放置并固定于组装热沉的孔位中。组装热沉604和TEC605的冷端面热连接，TEC605的热端面与散热片606热连4娄。散热片的下面可以， 安装风扇等加速散热。激光器工作时，产生的热量通过组装热沉传至TEC， 后经过散热片将热散出去。其中，当一个TEC的功率不足以带动三个激光器制冷时，也可以采用 多个TEC来实现制冷。和传统的每个全固态激光器都各自带有一套散热、制冷和电控系统相 比，此实施例的结构共用一个散热、制冷和电控系统，从而有效地缩小了 体积，缩减了散热制冷和电控设备，减少了成本。依此类推，此种激光光源结构也可以用于其他各种显示系统或者其他激 光器应用情况。使用此集成式结构的激光光源，可将激光器列阵组成的光源用 一套散热 系统进行集中散热，尽可能地避免了重复性结构，使散热装置结构更为紧凑， 而且由于使用了统一散热结构，可以减少激光器的热沉、半导体制冷芯片等 制冷器件及相应电控系统的使用数目。而且，散热统一且均匀，使激光光源 的性能更为稳定可靠。此外，绝热盒和绝热盖形成的可拆卸的绝热装置，使 部件更换维修更为筒单方便，当进行内部激光器更换时，只需打开绝热盒， 将同样结构的激光器进行替换便可。当更换激光器时，只需将单台激光器连 同散热壳体从组装热沉中取出，保持电路和光路系统不变，然后将新的激光 器装入一块适合组装热沉上的孔位形状的散热壳体中，实现了一种类似于计 算机标准芯片式的即换即用。因此，本实用新型釆用的集成式的设计，不仅明显地减小了激光器列阵 式光源的整体体积，降低了成本，而且极大地增加了激光器的可更换性，从 而有利于实现工业化规模化生产。同理，此结构作为激光光源，可以代替相应传统的激光光源应用于各种 其他光学系统中。上面结合具体的实施例对本实用新型的技术方案进行了详 尽的说明和解释，本领域的技术人员应当理解，上述实施例并非对本实用新 型保护范围的限制，本实用新型的保护范围以权利要求为准。
权利要求1.一种激光光源，其特征在于，包括两个或者两个以上激光器；一个或者多个组装热沉，每个所述组装热沉带有一个或多个孔位，并且每个所述孔位的形状与相应的所述激光器的形状相匹配，每个所述激光器嵌入在一个相应的所述组装热沉的所述孔位中；以及散热器；其中，所述组装热沉固定在所述散热器上。
2. 如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，每个所述组装热沉 内嵌入多个所述激光器。
3. 如权利要求1所述的激光光源，其特征在于，包括多个组装热沉， 每个组装热沉内嵌入一个所述激光器。
4. 如权利要求1-3之一所述的激光光源，其特征在于，所述激光器 为全固态激光器。
5. 如权利要求1-4之一所述的激光光源，其特征在于，包括散热壳 体，所述每个激光器通过各自的所述散热壳体与所述组装热沉保 持热连接。
6. 如权利要求1-5之一所述的激光光源，其特征在于，所述散热器 包括一个或多个側面，所述一个或多个组装热沉固定在所述一个 或多个侧面上。
7. 如权利要求1-6之一所述的激光光源，其特征在于，包括半导体 制冷芯片，每个所述组装热沉通过一个或多个所述半导体制冷芯 片固定在所述散热器上。
8. 如权利要求7所述的激光光源，其特征在于，所述半导体制冷芯 片通过硅胶或硅脂与所述组装热沉和所述散热器粘接。
9. 如权利要求1-8之一所述的激光光源，其特征在于，包括用于封 装所述激光光源的绝热盒和绝热盖。
专利摘要本实用新型提供一种激光光源，以及采用该激光光源的激光显示系统。本实用新型的激光光源包括多个激光器、包在每个激光器外的散热壳体、组装热沉、半导体制冷芯片、以及散热器，其中，所述组装热沉带有多个孔位并且每个孔位的形状与相应的激光器的散热壳体相匹配，每个散热壳体嵌入在一个相应的组装热沉的孔位中，组装热沉通过半导体制冷芯片固定在散热器上。本实用新型采用集成式的结构将多个激光器采用阵列的方式进行统一控温，统一散热，提高了散热效率，并减小了激光光源的体积。
文档编号H01S3/042GK201174500SQ20082007908
公开日2008年12月31日 申请日期2008年3月3日 优先权日2008年3月3日
发明者涛 房, 勇 毕, 斌 王, 许江珂, 贾中达, 光 郑, 闵海涛 申请人:北京中视中科光电技术有限公司;中国科学院光电研究院