一种水平阵列高功率半导体激光器制造技术

本实用新型专利技术提出了一种水平阵列高功率半导体激光器，在上通水块和半导体激光器单元之间增加液体制冷片B，下通水块正面增加反馈光防护板，且采用级联电极片作为电连接结构。本方案的双面制冷的方式提高了器件的散热效率和可靠性，有效防止反馈光对半导体激光器的损伤。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体激光器
，具体涉及一种水平阵列高功率半导体激光器。
技术介绍
半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、成本低的优点，目前已经广泛应用于国民经济的各个领域，比如激光栗浦，医疗以及工业加工领域。水平阵列型高功率半导体激光器是半导体激光器封装结构中的一种，具体结构为将单Bar半导体激光器沿慢轴方向(即水平方向)均匀排布。这种水平阵列封装结构常用来作为固体激光器的栗浦源，在晶体棒周围均匀排布多个水平阵列结构的半导体激光器，分别从不同方向照射晶体棒，可以实现较高的转化效率。但是，晶体棒及用于给晶体棒冷却的冷却水玻璃筒表面光洁度较高，当半导体激光器发光面与晶体棒距离较近时，容易将一部分激光反射回半导体激光器表面，而半导体激光器的下通水块材料通常为工程塑料，无法长时间承受反射的激光导致的高温，进而导致半导体激光器的下通水块变型损坏；此外，反射的激光还可能会直接照射到半导体激光芯片，导致芯片热损毁，上述问题都会严重影响半导体激光器的可靠性和寿命，并且对半导体激光器的散热能力提出了更高的要求。目前解决这种作为栗浦源的反馈光问题主要有以下两种方式:I)使用奇数个半导体激光器作为环绕栗浦源。一般为3组栗浦或者5组栗浦，这样就不会出现2个半导体激光器正面相对发光的情况，可以从一定程度上降低半导体激光器被反馈光烧毁的几率；2)在固体激光器栗浦腔表面增加一层反射腔材质，一般为聚四氟乙烯或镀金材料，增大其表面粗糙度，这样半导体激光器发射出的激光在进入固体激光器栗浦腔后，会在各个方向产生漫反射，并被逐步匀化。在实际使用过程中，反馈光的产生具有很大随机性，和半导体激光器快轴发散角、半导体激光器距晶体棒距离等因素有关，传统的防反馈方法虽然可以在一定程度上对改善反馈光的问题，但是无法彻底解决反馈光带来的危害，仍会有部分反馈光回射损伤半导体激光器；并且由于反馈光回射带来了附加的热量，上述方法都无法提高半导体激光器的散热效率来保证半导体激光器的可靠性。中国专利技术专利ZL200910023746.3公开了一种水平阵列半导体激光器，在栗浦的应用中，易受到反馈光的损伤，影响了器件的可靠性；该方案采用的电极连接方式为每个微制冷模块采用正极引片和负极引片的方式将正极连接片与负极连接片进行连接，结构较为复杂，生产工艺较为繁琐，增加了生产的成本，此外，在长期使用中，这种结构的散热效果还有待提尚。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术提出了一种水平阵列高功率半导体激光器，可以有效防止反馈光对半导体激光器的损伤，提高了器件的散热效率和可靠性，具体的技术方案为:一种水平阵列高功率半导体激光器自下而上依次设置下通水块，一个或者多个半导体激光器单元，以及上通水块。所述的上通水块和下通水块用于固定半导体激光器单元，以及作为半导体激光器单元的散热装置。所述的一个或者多个半导体激光器单元在下通水块的上表面沿半导体激光器单元的慢轴方向依次平行排列，多个半导体激光器单元所发出激光光束的光轴相互平行。所述的半导体激光器单元包括液体制冷片A，激光芯片，绝缘层以及负极连接片，所述的激光芯片的正极键合在液体制冷片A的一端，所述的负极连接片为片状金属且与激光芯片的负极相连接，负极连接片与液体制冷片A之间设置绝缘层，绝缘层用于使液体制冷片A与负极连接片绝缘。所述的液体制冷片A的结构可以为微通道液体制冷片或者宏通道液体制冷片，所述的微通道液体制冷片包括入液孔，出液孔以及分布于微通道液体制冷片内部微小的液体通道；所述的宏通道液体制冷片为在液体制冷片主体上开有上下贯通的通液孔。所述的下通水块的正面(即激光芯片的出光面)设置有反馈光防护板，用于将反馈回半导体激光器的反馈激光再次反射，避免了反馈光直接照射下通水块而引起的下通水块变型损伤；或者在下通水块的正面镀高反膜，用于将反馈回半导体激光器的反馈激光部分反射，减小反馈光对下通水块的损伤。所述的反馈光防护板上开有与下通水块匹配的安装孔，用于将反馈光防护板固定于下通水块上。反馈光防护板材料为具有较高反射率的金属材料，比如铜镀金材料。所述的上通水块与每个半导体激光器单元之间均设置有液体制冷片B，液体制冷片B与多个半导体激光器单元一一对应，液体制冷片B下表面一部分紧密贴合于半导体激光器单元的负极连接片上表面，液体制冷片B下表面另一部分与负极连接片之间存在间隙。基于上述方案，液体制冷片B与半导体激光器单元有如下优化的方案:I)所述的半导体激光器单元的负极连接片可以为台阶状，负极连接片贴合与绝缘层的部分(即负极连接片的台阶高处)高于负极连接片贴合激光芯片的部分(即负极连接片的台阶低处)，液体制冷片B紧密贴合于半导体激光器单元的负极连接片的台阶高处的表面，并且液体制冷片B与负极连接片的台阶低处之间有大于O且小于Imm的间隙，用于防止液体制冷片B对激光芯片的损伤。2)所述的半导体激光器单元的负极连接片可以为平片状，液体制冷片B紧密贴合与负极连接片的上表面，且液体制冷片B下表上设有台阶，用于使液体制冷片B与负极连接片接触激光芯片的部分有大于O且小于Imm的间隙(即液体制冷片B与接触激光芯片的负极连接片的地方有大于O且小于1_的间隙)。所述的液体制冷片B的结构可以与液体制冷片A相同，也可以为与液体制冷片A的制冷结构匹配的结构。所述的上通水块和下通水块上均开有与液体制冷片A和液体制冷片B匹配的液体制冷通道，进液孔和出液孔。所述的上通水块可以为一个整体，也可以为与半导体激光器单元匹配的通水块组，通水块组中包括与半导体激光器单元个数相等的通水块单元，每个通水块单元与半导体激光器单元独立安装。本技术的水平阵列高功率半导体激光器还包括级联电极片，正电极片和负电极片。所述的级联电极片所述的级联电极片为Z型的片状结构，包括相连接的两片电极片，级联电极片的一片电极片接于半导体激光器单元的液体制冷片A底部(正极)，另一片接于相邻的半导体激光器单元的顶部(即负极连接片)，并且以此安装方式通过多个级联电极片可以将下通水块上表面的多个半导体激光器单元按序依次串联连接。所述的正电极片的一端设置于未接有级联电极片的液体制冷片A的底部，另一端外接于电源的正极；所述的负电极片的一端设置于未接有级联电极片的半导体激光器单元负极连接片上，另一端外接于电源的负极。所述的半导体激光器单元的激光芯片可以为单发光点芯片，也可以为多发光点芯片。本技术具有以下优点:1.本技术的半导体激光器单元对激光芯片采用了双面制冷的方式，具有更高的散热效率。2.在下通水块上增加金属材质的反馈光防护板，可以将照射到半导体激光器的反馈光二次反射，进而保护下通水块免遭烧毁。另外，金属比工程塑料更能耐受高温，可以有效保护通水座材料不被激光烧毁。本技术的半导体激光器单元的电极结构采用了 Z型的级联电极片，比传统的电极结构更为牢固，也易于生产工艺的操作，有效提高了生产效率。【附图说明】图1为本技术的水平阵列高功率半导体激光器。图2为本技术的水平阵列高功率半导体激光器结构爆炸图。图3-1为半导体激光器单元的实施例一。图3-2为半导体激光器单元的实施例二。图4为水平阵列高功率半导体激光器的制冷水路示意。图5为级联电极片与半导体激光器单元的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平阵列高功率半导体激光器，其特征在于：包括自下而上依次设置下通水块，一个或者多个半导体激光器单元，以及上通水块；所述的上通水块和下通水块用于固定半导体激光器单元，以及作为半导体激光器单元的散热装置；所述的一个或者多个半导体激光器单元在下通水块的上表面沿半导体激光器单元的慢轴方向依次平行排列，多个半导体激光器单元所发出激光光束的光轴相互平行；所述的半导体激光器单元包括液体制冷片A，激光芯片，绝缘层以及负极连接片，所述的激光芯片的正极键合在液体制冷片A的一端，所述的负极连接片为片状金属且与激光芯片的负极相连接，负极连接片与液体制冷片A之间设置绝缘层，绝缘层用于使液体制冷片A与负极连接片绝缘；所述的上通水块与每个半导体激光器单元之间均设置有液体制冷片B，液体制冷片B与多个半导体激光器单元一一对应，液体制冷片B下表面一部分紧密贴合于半导体激光器单元的负极连接片上表面，液体制冷片B下表面另一部分与负极连接片之间存在间隙。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：于冬杉，刘兴胜，
申请(专利权)人：西安炬光科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61