一种宏通道半导体激光器老化夹具及其工作方法与流程

1.本发明涉及一种宏通道半导体激光器老化夹具及其工作方法，属于半导体激光器技术领域。


背景技术：

2.在过去的几十年中，激光科学在制造更高、更快、更小的相干光源上取得了巨大成功。与电子器件类似，光子器件的小型化和集成化有广阔的应用前景。其中半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高等优异的的特点，在显示、工业加工、医疗、泵浦等领域有着广泛的应用。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有高功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。例如在通信领域，如何使激光器的输出光能更稳定、更长距离的传输，在泵浦固体激光器中如何使半导体激光器的输出光功率能更有效地传输到激光增益介质上，从而得到更高的泵浦效率，这些都涉及到半导体激光器与光纤的耦合问题。
3.一般来讲，空间合束、偏振合束，主要是将半导体激光器发出的激光光束通过快慢轴整形后聚焦或者成像到光纤纤芯端面。而光纤的导光部分是由纤芯和包层组成，纤芯的折射率会略大于包层的折射率。当入射到光纤纤芯端面的光发散角小于光纤的数值孔径时，进入纤芯后将在纤芯和包层的界面处发生全反射，而入射到光纤纤芯端面的光发散角大于光纤数值孔径时，即使进入纤芯也不会在纤芯和包层的界面处发生全反射，因此会很快折射出光纤而不在纤芯传输，形成包层光，从而转化为热。然而多管芯的空间合束、偏振合束，光纤耦合总有一定的耦合效率，很难实现100％的耦合。半导体激光器的老化是半导体激光器制造过程中很关键的一步。为了使激光器工作性能处于一个稳定的状态，需要激光器预先进行高温、大电流工作促使其老化至性能曲线中较平稳的区域。而半导体激光器的老化效率是生产个过程中提高生产效率的重要一个环节。
4.例如，中国专利文献cn209389444u公开了一种半导体激光器老化夹具，将若干半导体激光器分别放入各个长孔中，夹紧装置推动滑块向前滑动使滑块的前端与半导体激光器的后端接触，半导体激光器的前端与长孔的前端相接触，从而实现将半导体激光器挤压固定在长孔中，之后将整个夹具放入到老化柜中进行老化，老化时散热片一端正对老化柜的风扇风道，通过风扇产生的气流流过散热片的各个片叶将老化时的热量带走，防止老化时的热量过高。一次可以装夹多个半导体激光器，提高了老化时的工作效率，节省了老化时的半导体激光器的安装时间。中国专利文献cn109324213a公开了一种激光器芯片的老化装置及老化方法，装置包括夹具和芯片组件，夹具用于夹持芯片组件，芯片组件包括激光器芯片和芯片载体，激光器芯片固定在芯片载体表面；夹具包括基座及顺次安装在基座上的pcb连接板、定位板和压块，定位板用于放置并定位芯片组件，pcb连接板用于激光器芯片与供电电路的连接；压块活动安装在基座表面且压块一端位于定位板上方，通过旋转压块可压
紧或松开芯片组件。通过将激光器芯片固定贴装在芯片载体上，老化时可直接用夹具方便快捷、稳定可靠、准确无误地夹持芯片载体，实现芯片夹取，降低芯片损伤，且夹具操作简单、成本低、能够反复使用，解决了芯片老化难题。
5.半导体激光器的老化时间是一定的，在这里提高老化之前的安装效率至关重要，之前在安装老化激光器时，大部分都是用螺丝上紧在老化台上。这样大大的增加了工作量和工作时间，满足不了高效率的要求，效率低，不适于批量生产，经济效益也差。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，本发明提供一种老化时快速精确装配、提高工作效率和老化夹具使用效率、达到理想散热效果的半导体激光器老化夹具。
7.本发明还提供上述一种宏通道半导体激光器老化夹具的工作方法。
8.本发明的技术方案如下：
9.一种宏通道半导体激光器老化夹具，包括水冷板、衔接板、工型支架和快速夹具；
10.水冷板上设置有至少一个限位槽，每个限位槽内固定放置一个衔接板，宏通道半导体激光器安装在衔接板上，工型支架安装在水冷板上并位于限位槽一侧；快速夹具安装在工型支架顶部，快速夹具可压紧宏通道半导体激光器顶部。
11.优选的，所述水冷板为长方体结构，水冷板内设置有水冷通道。
12.优选的，所述水冷板上等间距设置有12个限位槽。
13.优选的，所述限位槽的形状大小与衔接板的形状大小相匹配。
14.优选的，所述限位槽内设置有进水孔、出水孔和螺纹孔，衔接板上设置有进水孔、出水孔和通孔，宏通道半导体激光器上设置有进水孔和出水孔，衔接板和水冷板通过通孔、螺纹孔进行螺栓连接。
15.优选的，所述限位槽、衔接板、宏通道半导体激光器上的进水孔、出水孔上下连通，且进水孔和出水孔均设置有密封圈，限位槽内的进水孔、出水孔与水冷通道连通。
16.优选的，所述限位槽的四个角位处各设置有一个螺纹孔，衔接板上对应设置有四个通孔。
17.优选的，所述衔接板上表面设置有限位固定槽。此设计的好处是，将装夹宏通道半导体激光器时，可以将宏通道半导体激光器卡在限位固定槽内，保持其稳定性，再通过上面的快速夹具压紧，使其牢牢固定。
18.优选的，所述工型支架的上下两端分别通过螺栓与水冷板、快速夹具连接。
19.优选的，所述快速夹具包括机架、连架杆a、连架杆b和连杆，机架的两侧设有凸缘，凸缘安装在工型支架上，连架杆a和连架杆b的一端与机架铰接，连架杆a和连架杆b的另一端与连杆铰接，连杆一端用于压紧激光器顶部。此设计的好处在于，快速夹具是根据平面四杆机构中双摇杆机构的原理来设计，其基本结构是由连杆、机架及两连架杆等四构件组成。当连杆与连架杆a、连架杆b的两铰接点和连架杆a(或连架杆b)与机架的铰接点，三点同在一直线时，机构处于死点位置，此时连杆一端压紧激光器顶部，无论有多大的反力(除玻坏性反力)，也无法使压头松开。
20.优选的，所述水冷板为铝制板。
21.优选的，所述衔接板由聚四氟乙烯材料制成。此设计的好处是，在老化过程中经常
会出现电解水冷板的现象，影响了水冷板的使用寿命和激光器外壳的美观，衔接板可以绝缘，保护了水冷板和激光器。
22.一种宏通道半导体激光器老化夹具的工作方法，包括以下步骤：
23.(1)将衔接板依次放置在水冷板上的限位槽内，使衔接板上的进水孔、出水孔、通孔分别与限位槽内的进水孔、出水孔、螺纹孔对准，再使用螺栓穿过衔接板的通孔与水冷板的螺纹孔连接起来；
24.(2)将工型支架依次放置在限位槽的后面，使用螺栓将工型支架安装在水冷板上；
25.(3)将快速夹具依次放置在工型支架顶部，并使用螺栓将快速夹具安装在工型支架顶部；
26.(4)按压快速夹具尾部，使快速夹具头部抬起，然后将宏通道半导体激光器放置在衔接板上的限位固定槽内，并使激光器的进水孔、出水孔与衔接板的进水孔、出水孔对准，然后松开快速夹具尾部，使快速夹具的头部压紧激光器；
27.(5)依次将宏通道半导体激光器放置在衔接板上，并通过快速夹具压紧，直至水冷板上安装完所有的激光器。
28.本发明的有益效果在于：
29.本发明老化夹具在需要老化半导体激光器时，将若干个宏通道半导体激光器分别放入衔接板的限位槽中，快速夹具压紧宏通道半导体激光器；这里衔接板和水冷板通过螺栓固定，衔接板、水冷板之间和激光器、衔接板之间的进出水孔有密封圈，防止水外溢。一次可以装夹12个宏通道半导体激光器，操作简单，提高了老化时的工作效率，节省了老化宏通道半导体激光器的安装时间。
附图说明
30.图1为本发明老化夹具的局部爆炸结构示意图；
31.图2为本发明中衔接板立体结构示意图；
32.图3为本发明中水冷板立体结构示意图；
33.图4为本发明老化夹具立体结构示意图；
34.图中：1-快速夹具，2-工型支架，3-宏通道半导体激光器，4-密封圈，5-螺栓ⅰ，6-衔接板，7-水冷板，8-螺栓ⅱ，601-衔接板进出水孔，602-限位固定槽，701-水冷板限位槽。
具体实施方式
35.下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
36.实施例1：
37.如图1-4所示，本实施例提供一种宏通道半导体激光器老化夹具，包括水冷板7、衔接板6、宏通道半导体激光器3、工型支架2和快速夹具1；
38.水冷板7上设置有至少一个限位槽701，每个限位槽701内固定放置一个衔接板6，宏通道半导体激光器3安装在衔接板6上，工型支架2安装在水冷板7上并位于宏通道半导体激光器3一侧；快速夹具1安装在工型支架2顶部，快速夹具1可压紧宏通道半导体激光器3顶部。
39.具体地，水冷板7为长方体结构，水冷板7内设置有水冷通道，可实现水冷循环。
40.本实施例中，水冷板7上等间距开设有12个限位槽701，限位槽701的形状大小与衔接板6的形状大小相匹配，方便安装衔接板，保证稳定性。
41.限位槽内设置有进水孔、出水孔和螺纹孔，衔接板6上设置有进水孔、出水孔和通孔，宏通道半导体激光器上设置有进水孔和出水孔，衔接板6和水冷板7通过通孔、螺纹孔进行螺栓连接。限位槽701、衔接板6、宏通道半导体激光器3上的进水孔、出水孔上下连通，且进水孔和出水孔均设置有密封圈4，限位槽内的进水孔、出水孔与水冷通道连通。对激光器进行水冷，可以有效将激光器老化时散发的热量带走。
42.限位槽701的四个角位处各设置有一个螺纹孔，衔接板6上对应设置有四个通孔，通过螺栓ⅱ8穿过通孔连接螺纹孔，将衔接板6固定安装在限位槽701内。
43.衔接板6上表面设置有限位固定槽602。将装夹宏通道半导体激光器3时，可以将宏通道半导体激光器3卡在限位固定槽602内，保持其稳定性，再通过上面的快速夹具压紧，使其牢牢固定。
44.工型支架2的上下两端分别通过螺栓ⅰ5与水冷板7、快速夹具1连接。
45.快速夹具1包括机架、连架杆a、连架杆b和连杆，机架的两侧设有凸缘，凸缘即通过螺栓ⅰ5安装在工型支架2上，连架杆a和连架杆b的一端与机架铰接，连架杆a和连架杆b的另一端与连杆铰接，连杆一端用于压紧激光器顶部。连杆用于压紧激光器顶部的一端设有硅胶压头，硅胶压头压紧激光器时，避免损伤激光器。快速夹具是根据平面四杆机构中双摇杆机构的原理来设计，其基本结构是由连杆、机架及两连架杆等四构件组成。当连杆与连架杆a、连架杆b的两铰接点和连架杆a(或连架杆b)与机架的铰接点，三点同在一直线时，机构处于死点位置，此时连杆一端压紧激光器顶部，无论有多大的反力(除玻坏性反力)，也无法使压头松开。
46.水冷板7为铝制板，具有较高的热传导率。衔接板6由聚四氟乙烯材料制成。在老化过程中经常会出现电解水冷板的现象，影响了水冷板的使用寿命和激光器外壳的美观，衔接板6可以绝缘，保护了水冷板7和激光器3。
47.本实施例宏通道半导体激光器老化夹具结构简单，操作方便，成本低。该老化夹具一次性可以老化12个宏通道半导体激光器，老化合格率95％以上，该老化夹具体积小，老化数量多，操作简单，大大的提高了老化效率和老化数量。提高了老化时的工作效率，节省了老化时宏通道半导体激光器的安装时间。
48.实施例2：
49.一种宏通道半导体激光器老化夹具，结构如实施例1所述，其不同之处在于：水冷板7和衔接板6之间需要涂抹导热硅脂，是为了两者更好的接触，散热效果更好。
50.实施例3：
51.一种宏通道半导体激光器老化夹具，结构如实施例1所述，其不同之处在于：水冷板7采用铝材料制成。铝的热传导率为237w/(m
˙
k)，可以保证宏通道半导体激光器3在老化时尽快把热量散去，提高半导体激光器的散热效率，同时铝的性价比较高。
52.实施例4：
53.如实施例1所述的一种宏通道半导体激光器老化夹具的工作方法，包括以下步骤：
54.(1)将衔接板6依次放置在水冷板7上的限位槽701内，使衔接板6上的进水孔、出水孔、通孔分别与限位槽701内的进水孔、出水孔、螺纹孔对准，再使用螺栓ⅱ8穿过衔接板6的
通孔与水冷板7的螺纹孔连接起来；
55.(2)将工型支架2依次放置在限位槽701的后面，使用螺栓ⅰ5将工型支架2安装在水冷板7上；
56.(3)将快速夹具1依次放置在工型支架2顶部，并使用螺栓ⅰ5将快速夹具1安装在工型支架2顶部；
57.(4)按压快速夹具1尾部，使快速夹具头部抬起，然后将宏通道半导体激光器放置在衔接板6上的限位固定槽602内，并使激光器的进水孔、出水孔与衔接板6的进水孔、出水孔对准，然后松开快速夹具尾部，使快速夹具的头部压头压紧激光器3；
58.(5)依次将宏通道半导体激光器3放置在衔接板6上的限位固定槽602内，并通过快速夹具1压紧，直至水冷板7上安装完所有的激光器3。
59.利用本发明宏通道半导体激光器老化夹具，可快速安装激光器，安装效率大大提高。同时，在一次老化过程中可提高老化半导体激光器的合格率，保证老化效果的一致性。