一种高功率半导体激光器的制作方法

本发明涉及激光技术领域，具体为一种高功率半导体激光器。

背景技术：

半导体激光器的电光效率一般在60％左右，剩余的40％为废热，有效排出废热，使激光器工作在正常温度范围内是一项重要研究课题，芯片温度对激光器正常工作所需求的最小电流的作用主要体现在激光器的内部构造，由于芯片温度提高，激光器的最小电流也会相应的加大，可以明显看出半导体激光器在最小电流的支持下，光输出功率也会随之下降，因为光芯片的性能和温度强相关，温度越高，波长漂移越厉害，所以必需要加快温度的散热效率，只有这样才可以保证激光器的正常工作。

传统的半导体激光模块散热模式虽然能够进行一定程度散热，但是在高功率状态下，散热效率仍不能支持激光器长时间工作，且现有的装置无法对热效率进行管理，既不管是高功率模式还是低功率模式，均按同样的散热方案去执行，存在资源浪费，而且现有半导体功率器件采用铜作热沉，在要求绝缘的场合采用氧化铍陶瓷，但氧化铍在制备过程中有剧毒物质产生，在部分发达国家已明令禁止使用。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高功率半导体激光器，解决了现有装置散热效率不足、能源浪费、使用的部件存在有害物质的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高功率半导体激光器，包括机箱，所述机箱顶部转动连接有箱盖，所述机箱与箱盖之间转动连接有铰链，所述机箱后壁固定连接有下挂耳，所述箱盖后壁固定连接有上挂耳，所述上挂耳、下挂耳之间转动连接有缓冲液压杆，所述机箱前壁转动连接有箱门，所述箱门前壁固定连接有把手，所述机箱前壁固定连接有控制面板，所述控制面板设置在机箱前壁且位于箱门上方，所述机箱上表面固定连接有工作台面，所述机箱下表面转动连接有滚轮，所述机箱侧壁从上到下依次固定连接有第一进水管、第二排水管，所述工作台面上表面固定连接有为光源及集束成形装置，所述机箱内侧设置有温度检测组件、初级散热装置、次级散热装置，所述次级散热装置上设置有流量调节组件。

优选的，所述控制面板前壁从左到右依次固定连接有急停开关、镭射开关、功率调节开关、第一温度显示屏、第二温度显示屏、第一水流调节开关、第二水流调节开关，所述第一温度显示屏、第二温度显示屏与温度检测组件电连接，所述急停开关、镭射开关、功率调节开关与光源及集束成形装置电连接，所述第一水流调节开关、第二水流调节开关与次级散热装置电连接。

优选的，所述初级散热装置包括散热板、绝缘板、散热杆，所述散热板固定连接在工作台面内壁，所述绝缘板固定连接在散热板上表面，所述散热杆固定连接在散热板下表面，所述散热杆远离散热板的一端伸入次级散热装置内部。

优选的，所述绝缘板为金刚石，所述散热板、散热杆材质为铜材。

优选的，所述次级散热装置包括冷却箱、第二进水管、喷水管，所述冷却箱固定连接在机箱内侧上壁，所述冷却箱设置在工作台面下表面，所述第二进水管固定连接在冷却箱侧壁与第一进水管之间，所述第二进水管远离第一进水管的端部固定连接有三通接头，所述三通接头两个出口与冷却箱侧壁之间分别固定连接有第一分水管、第二分水管，所述冷却箱远离第一分水管、第二分水管的一侧与第二排水管之间固定连接有第一排水管，所述喷水管固定连接在冷却箱内侧壁，所述喷水管进口端与第二分水管贯通，所述喷水管外壁固定连接有喷水嘴，所述喷水嘴喷水方向为散热板下表面。

优选的，所述流量调节组件包括第一电子调节阀、第二电子调节阀，所述第一电子调节阀固定连接在第一分水管外壁，所述第二电子调节阀固定连接在第二分水管外壁。

优选的，所述光源及集束成形装置包括集束成形模块、激光发生模块，所述集束成形模块固定连接在工作台面上表面，所述激光发生模块固定连接在初级散热装置上表面，所述集束成形模块侧壁固定连接有激光出口。

优选的，所述温度检测装置包括第一温度传感器、第二温度传感器，所述第一温度传感器固定连接在激光发生模块上表面，所述第二温度传感器固定连接在第一排水管外壁。

工作原理：通过激光发生模块中芯片输出的激光，通过集束成形模块进行整形聚焦，并通过内部反射镜结构对传输光路进行偏转，最后聚焦耦合进入激光出口光纤内，激光发生模块工作时产生的热量通过绝缘板及散热板将热能传导到冷却箱中，通过第一进水管箱冷却箱中注入冷却水，利用自来水的自身压力通过喷水管上的喷水嘴形成喷雾，喷射到散热板下表面对将散热板接收到的热能通过水雾吸收后落在冷却箱下方，散热板上剩余热能通过散热杆进行散发，并通过第二分水管注入的大通量冷却水冲刷进行迅速降温，进行热交换之后的冷却水通过第一排水管、第二排水管排出到工厂的冷却水塔进行冷却后循环利用，通过温度检测组件实时检测激光发生模块有源区表面温度以及第一排水管中出水的温度，根据两者温度差调整散热强度，进一步通过流量调节组件进行喷水管以及第二分水管的出水量来执行调整。

(三)有益效果

本发明提供了一种高功率半导体激光器。具备以下有益效果：

1、使用金刚石做绝缘层，金刚石在室温下具有最高的热导率，是铜、银的五倍，又是良好的绝缘体，因而是大功率激光器件理想散热材料。

2、将散热板延伸部分制作成多组长条形杆状，可以增加散热面积，提高热交换速度。

3、通过喷雾冷却结合大通量水冷的次级冷却方案，大大提高对芯片的散热效率。

4、流量调节组件配合温度检测组件共同使用，在低功率、高功率转换时，可以根据温度调整喷水管及第一分水管的流量，节约资源，且避免散热能力过强，导致芯片有源区表面结霜的情况出现。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构侧视图；

图3为本发明箱盖打开状态侧视图；

图4为本发明图3-a局部放大图；

图5为本发明箱门打开状态整体结构正视图；

图6为散热板及散热杆结构示意图；

图7位冷却箱结构剖视图。

其中，1、机箱；2、箱盖；3、箱门；4、把手；5、控制面板；6、急停开关；7、镭射开关；8、功率调节开关；9、第一温度显示屏；10、第二温度显示屏；11、第一水流调节开关；12、第二水流调节开关；13、第一进水管；14、第二排水管；15、滚轮；16、激光出口；17、下挂耳；18、缓冲液压杆；19、上挂耳；20、第二进水管；21、三通接头；22、第一分水管；23、第二分水管；24、第一电子调节阀；25、第二电子调节阀；26、冷却箱；27、第一排水管；28、第二温度传感器；29、散热杆；30、集束成形模块；31、铰链；32、工作台面；33、散热板；34、绝缘板；35、激光发生模块；36、第一温度传感器；37、喷水管；38、喷水嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1-7所示，本发明实施例提供一种高功率半导体激光器，包括机箱1，机箱1顶部转动连接有箱盖2，机箱1与箱盖2之间转动连接有铰链31，机箱1后壁固定连接有下挂耳17，箱盖2后壁固定连接有上挂耳19，上挂耳19、下挂耳17之间转动连接有缓冲液压杆18，机箱1前壁转动连接有箱门3，箱门3前壁固定连接有把手4，机箱1前壁固定连接有控制面板5，控制面板5设置在机箱1前壁且位于箱门3上方，机箱1上表面固定连接有工作台面32，机箱1下表面转动连接有滚轮15，机箱1侧壁从上到下依次固定连接有第一进水管13、第二排水管14，工作台面32上表面固定连接有为光源及集束成形装置，机箱1内侧设置有温度检测组件、初级散热装置、次级散热装置，次级散热装置上设置有流量调节组件。

控制面板5前壁从左到右依次固定连接有急停开关6、镭射开关7、功率调节开关8、第一温度显示屏9、第二温度显示屏10、第一水流调节开关11、第二水流调节开关12，第一温度显示屏9、第二温度显示屏10与温度检测组件电连接，急停开关6、镭射开关7、功率调节开关8与光源及集束成形装置电连接，第一水流调节开关11、第二水流调节开关12与次级散热装置电连接，通过控制面板5对装置实施控制。

初级散热装置包括散热板33、绝缘板34、散热杆29，散热板33固定连接在工作台面32内壁，绝缘板34固定连接在散热板33上表面，散热杆29固定连接在散热板33下表面，散热杆29远离散热板33的一端伸入次级散热装置内部，散热杆29为长条圆柱形，增加了热交换面积，提升了散热效率。

绝缘板34为金刚石，散热板33、散热杆29材质为铜材，金刚石在室温下具有最高的热导率，是铜、银的五倍，又是良好的绝缘体。

次级散热装置包括冷却箱26、第二进水管20、喷水管37，冷却箱26固定连接在机箱1内侧上壁，冷却箱26设置在工作台面32下表面，第二进水管20固定连接在冷却箱26侧壁与第一进水管13之间，第二进水管20远离第一进水管13的端部固定连接有三通接头21，三通接头21两个出口与冷却箱26侧壁之间分别固定连接有第一分水管22、第二分水管23，冷却箱26远离第一分水管22、第二分水管23的一侧与第二排水管14之间固定连接有第一排水管27，喷水管37固定连接在冷却箱26内侧壁，喷水管37进口端与第二分水管23贯通，喷水管37外壁固定连接有喷水嘴38，喷水嘴38喷水方向为散热板33下表面，冷却水通过喷水嘴38形成喷雾对散热板33下表面进行散热，余热通过散热杆29进行传递，第二分水管23注入大量冷却水对散热杆29进行冲刷冷却。

流量调节组件包括第一电子调节阀24、第二电子调节阀25，第一电子调节阀24固定连接在第一分水管22外壁，第二电子调节阀25固定连接在第二分水管23外壁，流量调节组件可调节喷水嘴38以及第二分水管23的水量大小。

光源及集束成形装置包括集束成形模块30、激光发生模块35，集束成形模块30固定连接在工作台面32上表面，激光发生模块35固定连接在初级散热装置上表面，集束成形模块30侧壁固定连接有激光出口16。

温度检测装置包括第一温度传感器36、第二温度传感器28，第一温度传感器36固定连接在激光发生模块35上表面，第二温度传感器28固定连接在第一排水管27外壁，通过温度检测装置配合第一温度显示屏9、第二温度显示屏10，可实时观察到激光发生模块35产生的温度以及散热效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。