基于光子晶体结构芯片的激光模块

本发明涉及激光医疗美容器械领域，尤其涉及一种基于光子晶体结构芯片的激光模块。

背景技术：

激光脱毛原理是根据选择性的光热动力学原理，通过合理调节激光波长、能量、脉宽，使激光能够穿过皮肤表层到达毛发的根部毛囊。光能被吸收并转化为破坏毛囊组织的热能，从而使毛发失去再生能力，同时又不会损伤周边的组织。而半导体激光器相较于传统激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低等优点，此外半导体激光器是采用低电压恒流供电方式，电源故障率低、使用安全，维修成本低等，所以近年来广泛应用于医疗美容行业，尤其是激光脱毛方面。但是现有的半导体激光脱毛模块，对应固定的脱毛面积，针对不同位置肌肤的脱毛，需要更换不同的手具或设备，操作起来比较麻烦，更重要的是目前市场上的半导体激光模块发散角大，功率密度小，光斑均匀性差，为了达到脱毛效果，必须通过提高激光模块的工作电流，增大功率密度，这样会使激光模块长时间在极限条件下工作，降低其使用寿命，另外会导致脱毛过程中使用者的局部痛感加强，如果采用光学方式在激光器外部进行光束整形，通过减小快轴发散角来提高功率密度，又会带来手具结构复杂，体积变大，原材料和人工成本急剧增加等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，为了提高激光模块的功率密度，降低功率模块的使用条件，本发明提供了一种基于光子晶体结构芯片的激光模块。

本发明提供一种基于光子晶体结构芯片的激光模块，该激光模块包括：散热底座，第一激光器阵列，第二激光器阵列，至少两组正负极引出陶瓷；其中，散热底座用于对第一激光器阵列和第二激光器阵列散热；第一激光器阵列和第二激光器阵列分别包括多个光子晶体激光器单元；每个光子晶体激光器单元包括两片钨铜电极，氮化铝陶瓷和光子晶体激光芯片，光子晶体激光芯片用于发出激光；每组正负极引出陶瓷用于分别引出第一激光器阵列的正负极和第二激光器阵列的正负极。

在一些实施例中，光子晶体激光芯片，通过纵向模式扩展理论，使其纵向波导尺寸增至5um，光子晶体激光芯片的快轴发散角为半高全宽处发散角(fwhm)，快轴发散角降至约13～15°(fwhm)，比普通激光芯片快轴发散角36°(fwhm)的一半还要小，大幅度提高了单位面积内的功率密度。

在一些实施例中，光子晶体激光器单元由两片钨铜电极，氮化铝陶瓷和光子晶体激光芯片采用硬焊料焊接而成。

在一些实施例中，两片钨铜电极分别焊接在光子晶体激光芯片的p、n两面，形成光子晶体激光器单元的正负极。

在一些实施例中，光子晶体激光芯片后腔靠近氮化铝陶瓷，前腔与两侧的两片钨铜电极平齐。

在一些实施例中，第一激光器阵列和第二激光器阵列分别由多个光子晶体激光器单元正负极串联叠层焊接而成。

在一些实施例中，散热底座用于封装第一激光器阵列，第二激光器阵列和正负极引出陶瓷。

在一些实施例中，散热底座的两侧上下表面有凹槽，凹槽的端面与正负极引出陶瓷焊接。

在一些实施例中，第一激光器阵列和第二激光器阵列中至少一个激光器阵列处于工作状态。

在一些实施例中，第一激光器阵列的波长为λ1，第二激光器阵列的波长为λ1或λ2；其中，λ1为780±10nm，λ2为808±10nm。

本发明通过采用光子晶体结构芯片形成第一激光器阵列和第二激光器阵列，第一激光器阵列和第二激光器阵列构建形成激光模块，增大了激光模块的功率密度，降低了激光模块的使用条件，可以延长激光模块的使用寿命。

另外，第一激光器阵列和第二激光器阵列采用不同的波长，可满足使用者的不同要求。第一激光器阵列和第二激光器阵列采用相同的波长且同时工作，可实现大面积的发光；第一激光器阵列和第二激光器阵列采用相同的波长且只有一个激光器阵列处于工作状态，另一个激光器阵列可作为备用部件，在一个激光器阵列发生异常或损坏时，即可切换至另一个激光器阵列，不会使激光模块的使用发生中断。

附图说明

图1为本发明实施例提供的激光模块的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的激光模块的整体结构的俯视图；

图3为本发明实施例提供的激光模块的整体结构的后视图；

图4为本发明实施例提供的激光器阵列的局部放大图；

图5为本发明实施例提供的光子晶体激光器单元的结构示意图；

图6为普通激光器阵列的光斑能量分布图；

图7为本发明实施例提供的光子晶体激光芯片形成的激光器阵列的光斑能量分布图。

【附图符号说明】

1-散热底座；2-第一激光器阵列；3-第二激光器阵列；4-正负极引出陶瓷；5-光子晶体激光器单元；6-钨铜电极；7-氮化铝陶瓷；8-光子晶体激光芯片

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的激光模块的整体结构示意图。图2为本发明实施例提供的激光模块的整体结构的俯视图。图3为本发明实施例提供的激光模块的整体结构的后视图。

结合图1、图2和图3所示，本发明提供一种基于光子晶体结构芯片的激光模块，该激光模块包括：散热底座1，第一激光器阵列2，第二激光器阵列3，至少两组正负极引出陶瓷4；其中，散热底座1用于对第一激光器阵列2和第二激光器阵列3散热；第一激光器阵列2和第二激光器阵列3分别包括多个光子晶体激光器单元5；每个光子晶体激光器单元5包括两片钨铜电极6，氮化铝陶瓷7和光子晶体激光芯片8，光子晶体激光芯片8用于发出激光；每组正负极引出陶瓷4用于分别引出第一激光器阵列2的正负极和第二激光器阵列3的正负极。

本发明通过采用光子晶体结构芯片形成第一激光器阵列和第二激光器阵列，第一激光器阵列和第二激光器阵列构建形成激光模块，增大了激光模块的功率密度，降低了激光模块的使用条件，可以延长激光模块的使用寿命。

根据本发明的实施例，光子晶体激光芯片8的快轴发散角可以为13°～15°(fwhm)，例如，可选为13°、14°、15°(fwhm)。

根据本发明的实施例，光子晶体激光芯片8的快轴发散角可以为15°(fwhm)，比普通激光器快轴发散角(约为36°，fwhm)的一半还小，提高了单位面积内的功率密度。

根据本发明的实施例，散热底座1用于对第一激光器阵列2和第二激光器阵列3散热。

根据本发明的实施例，散热底座1内部设置有水通道，通过在水通道内的水循环将热量带走。

根据本发明的实施例，散热底座1用于封装第一激光器阵列2，第二激光器阵列3和正负极引出陶瓷4。

根据本发明的实施例，散热底座1的两侧上下表面有凹槽，凹槽的端面与正负极引出陶瓷4焊接。

根据本发明的实施例，散热底座1内部及表面进行金属化处理，其中，最外层为金，可起到抗氧化及与第一激光器阵列2和第二激光器阵列3良好焊接的作用。

图4为本发明实施例提供的激光器阵列的局部放大图。结合图1和图4所示，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3分别包括多个光子晶体激光器单元5。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3分别由多个光子晶体激光器单元5正负极串联叠层焊接而成。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3可以分别由10个光子晶体激光器单元5正负极串联叠层焊接而成。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3可以分别由16个光子晶体激光器单元5正负极串联叠层焊接而成。

根据本发明的实施例，每个激光器阵列的第一个和最后一个光子晶体激光器单元5分别与各自的负极引出陶瓷4和正极引出陶瓷4相连接，形成独立完整的发光阵列。

图5为本发明实施例提供的光子晶体激光器单元的结构示意图。如图5所示，每个光子晶体激光器单元5包括两片钨铜电极6，氮化铝陶瓷7和光子晶体激光芯片8。

根据本发明的实施例，光子晶体激光器单元5由两片钨铜电极6，氮化铝陶瓷7和光子晶体激光芯片8采用硬焊料焊接而成。

根据本发明的实施例，两片钨铜电极6分别焊接在光子晶体激光芯片8的p、n两面，形成光子晶体激光器单元5的正负极。

根据本发明的实施例，光子晶体激光芯片8后腔靠近氮化铝陶瓷7，前腔与两侧的两片钨铜电极6平齐。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3中光子激光芯片8的数量可依据实际设计进行调整，光子激光芯片8的功率也可依据实际设计进行调整。

根据本发明的实施例，光子晶体激光芯片8产生的热量向下传导至光子晶体激光器单元5的底端覆盖有厚金属层的高导热率氮化铝陶瓷7上，氮化铝陶瓷7有绝缘槽的一侧通过硬焊料与钨铜电极6焊接，氮化铝陶瓷7的另一侧与散热底座1相连接，通过冷却水循环将热量带走。

根据本发明的实施例，每组正负极引出陶瓷4用于分别引出第一激光器阵列2的正负极和第二激光器阵列3的正负极。

根据本发明的实施例，正负极引出陶瓷中4的正极引出陶瓷和负极引出陶瓷的两面都覆盖有厚金属层，其中一面焊接在散热底座1两侧的凹槽处，另一面焊接在第一激光器阵列2和第二激光器阵列3的第一个和最后一个光子晶体激光器单元5，用于将第一激光器单元2和第二激光器单元3的正负极转接在正负极引出陶瓷4的金属层上。

根据本发明的实施例，通过将导线焊接在正负极引出陶瓷4的金属层上，可实现将第一激光器阵列2和第二激光器阵列3的电连接及外部控制。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3中至少一个激光器阵列处于工作状态。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3可以同时工作。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光阵列3中只有一个激光器阵列处于工作状态。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2的波长可以为λ1，第二激光器阵列3的波长可以为λ1或λ2；其中，λ1为780±10nm，λ2为808±10nm。

根据本发明的实施例，λ1可以为780±10nm，例如，可以为770nm、775nm、780nm、785nm、790nm。

根据本发明的实施例，λ2可以为808±10nm，例如，可以为798nm、803nm、808nm、813nm、818nm。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3的波长可以都为λ1。第一激光器阵列2和第二激光器阵列3为同一波段，第二激光器阵列3可以作为第一激光器阵列2的备用部件。当处于工作状态的第一激光器阵列2有异常或者发生损坏，即可切换至第二激光器阵列3，不会使激光模块的使用发生中断。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3的波长可以都为λ1。第一激光器阵列2和第二激光器阵列3同时处于工作状态，可以实现大面积的发光。

根据本发明的实施例，第一激光器阵列2的波长可以为λ1，第二激光器阵列3的波长可以为λ2。针对使用者的不同要求，可以在第一激光器阵列2和第二激光器阵列3之间切换。

图6(a)为普通激光器阵列在1.5mm距离接收处的光斑能量分布图。图7(a)为本发明实施例提供的光子晶体激光芯片形成的激光器阵列在1.5mm距离接收处的光斑能量分布图。结合图6(a)和图7(a)所示，在1.5mm距离接收处，由光子晶体激光芯片8形成的激光器阵列的能量密度要高于普通激光器阵列的能量密度。

图6(b)为普通激光器阵列在2.5mm距离接收处的光斑能量分布图。图7(b)为本发明实施例提供的光子晶体激光芯片形成的激光器阵列在2.5mm距离接收处的光斑能量分布图。结合图6(b)和图7(b)所示，在2.5mm距离接收处，由光子晶体激光芯片8形成的激光器阵列的能量密度要高于普通激光器阵列的能量密度。因此，在相同的工作电流下，由光子晶体激光芯片8形成的激光器阵列的能量密度要高于普通激光器阵列的能量密度。换言之，要达到同样的激光能量，第一激光器阵列2和第二激光器阵列3所用的工作电流要低于普通激光器的电流，这对半导体激光模块而言，就是降低了使用条件，相当于延长了激光模块的使用寿命。

本发明的实施例通过采用光子晶体结构芯片形成第一激光器阵列和第二激光器阵列，第一激光器阵列和第二激光器阵列构建形成激光模块，增大了激光模块的功率密度，降低了激光模块的使用条件，可以延长激光模块的使用寿命。

另外，本发明的实施例中第一激光器阵列和第二激光器阵列采用不同的波长，可满足使用者的不同要求。第一激光器阵列和第二激光器阵列采用相同的波长且同时工作，可实现大面积的发光；第一激光器阵列和第二激光器阵列采用相同的波长且只有一个激光器阵列处于工作状态，另一个激光器阵列可作为备用部件，在一个激光器阵列发生异常或损坏时，即可切换至另一个激光器阵列，不会使激光模块的使用发生中断。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。