CN115021070A - 侧泵模块及半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种侧泵模块及半导体激光器，涉及半导体技术领域，包括反射器和管体；反射器包括套筒；套筒包括至少三个第一侧壁，至少三个第一侧壁沿套筒的周向依次连接；每个第一侧壁上均设置透光结构，透光结构的延伸方向与套筒的轴向平行；管体能够透光，管体的侧壁上设有多个增透膜，多个增透膜沿管体的周向间隔设置，每个增透膜的延伸方向均与管体的轴向平行，相邻的两个增透膜之间的管体的侧壁上设有高反膜；套筒套设在管体外侧，多个透光结构与多个增透膜一一对应相对设置。本发明提供的侧泵模块能够提高泵浦光的利用率和改善热累积。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种侧泵模块及半导体激光器。
背景技术
LD侧泵激光器具有总体效率高、频率稳定性好、使用寿命长且使用简便的优点，不仅在光通信、激光打标、测量和医疗等领域获得广泛应用,甚至已被广泛用于科研、军事、工业和医疗等重要领域。
现有的LD侧泵激光器包括芯片和晶体棒，芯片发出的泵浦光打到晶体棒上，激发晶体棒的两端发出1064nm激光。
然而，存在部分泵浦光发散角超过60°而未被射入晶体棒，射入晶体棒的泵浦光也会有部分未被晶体棒吸收而透过晶体棒，导致泵浦光的利用效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种侧泵模块，以解决现有技术中的LD侧泵激光器泵浦光的利用效率较低的技术问题。
本发明提供的侧泵模块，包括反射器和管体；
所述反射器包括套筒；所述套筒包括至少三个第一侧壁，至少三个所述第一侧壁沿所述套筒的周向依次连接；每个所述第一侧壁上均设置透光结构，所述透光结构的延伸方向与所述套筒的轴向平行；
所述管体能够透光，所述管体的侧壁上设有多个增透膜，多个所述增透膜沿所述管体的周向间隔设置，每个所述增透膜的延伸方向均与所述管体的轴向平行，相邻的两个增透膜之间的管体的侧壁上设有高反膜；
所述套筒套设在所述管体外侧，多个所述透光结构与多个所述增透膜一一对应相对设置。
进一步地，所述侧泵模块还包括多个芯片阵列和多个流道；
每个所述流道均包括第二侧壁，多个所述第二侧壁与多个所述第一侧壁一一对应相对设置；每个所述第二侧壁的外表面上均固设有芯片阵列；
每个所述芯片阵列的延伸方向均与所述套筒的轴向平行，多个所述芯片阵列的出光口与多个所述透光结构一一对应相对设置。
进一步地，每个所述第二侧壁的外表面上均固设有多个热沉组件，多个热沉组件沿所述套筒的轴向间隔设置；
每个所述热沉组件包括两个第一热沉片，两个所述第一热沉片间隔设置并形成缝隙结构，且所述缝隙结构的延伸方向与所述套筒的轴向平行；所述芯片阵列固定在所述缝隙结构内。
进一步地，所述第一热沉片包括第一片体和第二片体；
沿所述套筒的轴向，所述第二片体设置在所述第一片体的两端；
沿第一方向，所述第一片体的厚度为A，所述第二片体的厚度为B，A＞B；所述第一方向与所述套筒的轴向垂直，且所述第一方向与所述第二侧壁的外表面平行。
进一步地，所述侧泵模块还包括第二热沉片和绝缘片；
所述第二热沉片与所述第二侧壁的外表面固定，且所述第二热沉片伸入所述流道内部；
所述绝缘片固定在所述第二热沉片远离所述第二侧壁的端面上，所述热沉组件固定在所述绝缘片上，所述绝缘片能够导热。
进一步地，所述第二热沉片伸入所述流道内部的端面上设有阻流结构。
进一步地，每个所述第二侧壁的外表面上设有多个芯片阵列，且多个所述芯片阵列沿所述套筒的轴向均匀间隔设置；
两个相邻的第二侧壁上的芯片阵列沿所述套筒的轴向一一对应交错设置。
进一步地，所述侧泵模块还包括晶体棒，所述晶体棒伸入所述管体内，所述晶体棒与所述管体之间设有冷却介质。
进一步地，所述反射器的内表面为镜面，所述反射器由金属材料制成，且所述反射器的外表面镀有高反射率材料层。
本发明的目的还在于提供一种半导体激光器，包括本发明提供的侧泵模块。
本发明提供的侧泵模块，包括反射器和管体；所述反射器包括套筒；所述套筒包括至少三个第一侧壁，至少三个所述第一侧壁沿所述套筒的周向依次连接；每个所述第一侧壁上均设置透光结构，所述透光结构的延伸方向与所述套筒的轴向平行；所述管体能够透光，所述管体的侧壁上设有多个增透膜，多个所述增透膜沿所述管体的周向间隔设置，每个所述增透膜的延伸方向均与所述管体的轴向平行，相邻的两个增透膜之间的管体的侧壁上设有高反膜；所述套筒套设在所述管体外侧，多个所述透光结构与多个所述增透膜一一对应相对设置。芯片出射的泵浦光依次通过透光结构和增透膜后，大部分进入晶体棒，进入晶体棒的泵浦光大部分被晶体棒吸收，其余部分未被晶体棒吸收的泵浦光射出晶体棒，随后被高反膜反射回晶体棒，进行二次吸收利用；另一部分未进入晶体棒的泵浦光在高反膜和套筒内壁之间反射，随后通过套筒内壁再反射穿过增透膜并射入晶体棒被二次吸收利用，综上，本发明提供的侧泵模块能够提高泵浦光的利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的侧泵模块的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的侧泵模块中反射器的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的侧泵模块中管体的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的侧泵模块中流道的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的侧泵模块中芯片阵列的结构示意图。
图标：1-反射器；11-第一侧壁；12-透光结构；2-管体；21-增透膜；22-高反膜；3-晶体棒；4-流道；41-第一热沉片；411-第一片体；412-第二片体；5-芯片阵列；6-绝缘片；7-第二热沉片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本发明提供了一种侧泵模块及半导体激光器，下面给出多个实施例对本发明提供的侧泵模块及半导体激光器进行详细描述。
实施例1
本实施例提供的侧泵模块，如图1至图5所示，包括反射器1和管体2；反射器1包括套筒；套筒包括至少三个第一侧壁11，至少三个第一侧壁11沿套筒的周向依次连接；每个第一侧壁11上均设置透光结构12，透光结构12的延伸方向与套筒的轴向平行；管体2能够透光，管体2的侧壁上设有多个增透膜21，多个增透膜21沿管体2的周向间隔设置，每个增透膜21的延伸方向均与管体2的轴向平行，相邻的两个增透膜21之间的管体2的侧壁上设有高反膜22；套筒套设在管体2外侧，多个透光结构12与多个增透膜21一一对应相对设置。
芯片出射的泵浦光依次通过透光结构12和增透膜21后，大部分进入晶体棒3，进入晶体棒3的泵浦光大部分被晶体棒3吸收，其余部分未被晶体棒3吸收的泵浦光射出晶体棒3，随后被高反膜22反射回晶体棒3，进行二次吸收利用；另一部分未进入晶体棒3的泵浦光在高反膜22和套筒内壁之间反射，随后通过套筒内壁再反射穿过增透膜21并射入晶体棒3被二次吸收利用，综上，本实施例提供的侧泵模块能够提高泵浦光的利用率。
其中，管体2的侧壁可以为管体2的内侧壁，也可以为管体2的外侧壁。
第一侧壁11的数量可以为3、4、5、6或7个等任意适合的数值，本实施例中，第一侧壁11的数量为6个，以使套筒外侧壁为六边形柱状。
透光结构12可以为缝隙，也可以为透明区域等任意适合的形式。
管体2能够透光，管体2可以由石英制成，也可以由玻璃制成等任意适合的形式。
套筒套设在管体2外侧，管体2和套筒可以通过卡接的方式固定，也可以通过粘接的方式固定。
套筒内侧壁可以为圆柱状，也可以为多边形柱状等任意适合的形状，管体2外侧壁可以为圆柱状，也可以为多边形柱状等任意适合的形状。本实施例中，套筒的内侧壁为圆柱状，管体2外侧壁可以为圆柱状。
进一步地，侧泵模块还包括多个芯片阵列5和多个流道4；每个流道4均包括第二侧壁，多个第二侧壁与多个第一侧壁11一一对应相对设置；每个第二侧壁的外表面上均固设有芯片阵列5；每个芯片阵列5的延伸方向均与套筒的轴向平行，多个芯片阵列5的出光口与多个透光结构12一一对应相对设置。
流道4内设置冷却介质，冷却介质通过第二侧壁与芯片阵列5换热，以使冷却介质为芯片阵列5散热，提高散热效果，改善热累积,降低侧泵模块的发热量，保证激光输出光束质量，实现激光的高效输出。
其中，冷却介质可以为水，也可以为冰浆等任意适合的形式。
多个流道4的第二侧壁可以相互固定连接，以使多个第二侧壁形成环状并套设在套筒外侧。多个流道4的第二侧壁也可以不相互连接，多个流道4之间通过其他连接件相互固定，使多个第二侧壁形成环状并套设在套筒外侧。
在一种实施方式中，芯片阵列5可以直接通过绝缘的连接件固定在第二侧壁的外表面上。
较佳地，每个第二侧壁的外表面上均固设有多个热沉组件，多个热沉组件沿套筒的轴向间隔设置；每个热沉组件包括两个第一热沉片41，两个第一热沉片41间隔设置并形成缝隙结构，且缝隙结构的延伸方向与套筒的轴向平行；芯片阵列5固定在缝隙结构内。
芯片阵列5可以与缝隙结构卡接，以使芯片阵列5封装在缝隙结构内；芯片阵列5也可以通过粘接等其他任意适合的方式与缝隙结构固定。
芯片阵列5通过第一热沉片41与第二侧壁连接，由于热沉片导热性能良好，能够使芯片阵列5与流道4内的冷却介质进行换热。
进一步地，第一热沉片41包括第一片体411和第二片体412；沿套筒的轴向，第二片体412设置在第一片体411的两端；第一片体411的厚度为A，第二片体412的厚度为B，A＞B，第一方向与套筒的轴向垂直，且第一方向与第二侧壁的外表面平行。
第一方向如图4中箭头ab方向所示。
第一片体411的厚度大于第二片体412的厚度，利用两个相对较厚的第一片体411相对形成的缝隙结构，以对芯片阵列5形成适合的压力，对芯片阵列5进行封装，从而固定芯片阵列5。而第二片体412的厚度较薄，散热性能更好，以提高芯片阵列5的散热效果，改善热累积。
将第一热沉片41设置为第一片体411和第二片体412的结构，既能够提高芯片阵列5的散热效果，又能够对芯片阵列5封装固定。
进一步地，侧泵模块还包括第二热沉片7和绝缘片6；第二热沉片7与第二侧壁的外表面固定，且第二热沉片7伸入流道4内部；绝缘片6固定在第二热沉片7远离第二侧壁的端面上，热沉组件固定在绝缘片6上，绝缘片6能够导热。
绝缘片6可以由陶瓷材料制成，也可以由玻璃材质制成。
第二热沉片7伸入流道4内部，能够与流道4内部的冷却介质换热，由于绝缘片6能够导热，从而使第二热沉片7通过绝缘片6与第一热沉片41换热，第二热沉片7的导热性能较强且直接与冷却介质接触，能够使芯片保持较好地冷却效果。
进一步地，第二热沉片7伸入流道4内部的端面上设有阻流结构。
其中，阻流结构可以为柱状结构、凸起结构、网状结构或梳齿结构等任意适合的形式。
阻流结构对流道4内部的冷却介质形成阻力，使冷却介质流速减慢，从而使冷却介质与第二热沉片7充分接触换热，提高芯片阵列5的散热效果。
进一步地，每个第二侧壁的外表面上设有多个芯片阵列5，且多个芯片阵列5沿套筒的轴向均匀间隔设置；两个相邻的第二侧壁上的芯片阵列沿套筒的轴向一一对应交错设置。
这样的设置方式，能够使芯片阵列5在多个流道4上形成线阵布局结构，使每一个流道4上的多个芯片阵列5沿套筒的轴向隔开，相邻的流道4上的芯片阵列沿套筒的轴向一一对应交错开，从而提高芯片阵列5的散热效果，改善热累积。同时，由于本实施例中，芯片阵列5分布在六个第二侧壁上，形成六个边出射泵浦光向晶体棒3聚集的结构，使光斑的均匀性更好。
进一步地，侧泵模块还包括晶体棒3，晶体棒3伸入管体2内，晶体棒3与管体2之间设有冷却介质。
冷却介质可以对晶体棒3起到冷却作用，增强晶体棒3的散热效果，改善热累积,降低侧泵模块的发热量，保证激光输出光束质量，实现激光的高效输出。
反射器1可以由金属材料制成，例如不锈钢。本实施例中，反射器1由不锈钢制成，且反射器1的外表面镀有高反射率材料层，反射器1的内表面为镜面，以使反射器1具有良好的反射效果。
高反射率材料层可以为铝材料层，也可以为银材料层等任意适合的形式。
实施例2
本实施例提供的半导体激光器，包括实施例1提供的侧泵模块。芯片出射的泵浦光依次通过透光结构12和增透膜21后，大部分进入晶体棒3，进入晶体棒3的泵浦光大部分被晶体棒3吸收，其余部分未被晶体棒3吸收的泵浦光射出晶体棒3，随后被高反膜22反射回晶体棒3，进行二次吸收利用；另一部分未进入晶体棒3的泵浦光在高反膜22和套筒内壁之间反射，随后通过套筒内壁再反射穿过增透膜21并射入晶体棒3被二次吸收利用。综上，本实施例提供的半导体激光器能够提高泵浦光的利用率。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种侧泵模块，其特征在于，包括反射器和管体；
所述反射器包括套筒；所述套筒包括至少三个第一侧壁，至少三个所述第一侧壁沿所述套筒的周向依次连接；每个所述第一侧壁上均设置透光结构，所述透光结构的延伸方向与所述套筒的轴向平行；
所述管体能够透光，所述管体的侧壁上设有多个增透膜，多个所述增透膜沿所述管体的周向间隔设置，每个所述增透膜的延伸方向均与所述管体的轴向平行，相邻的两个增透膜之间的管体的侧壁上设有高反膜；
所述套筒套设在所述管体外侧，多个所述透光结构与多个所述增透膜一一对应相对设置。
2.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，所述侧泵模块还包括多个芯片阵列和多个流道；
每个所述流道均包括第二侧壁，多个所述第二侧壁与多个所述第一侧壁一一对应相对设置；每个所述第二侧壁的外表面上均固设有芯片阵列；
每个所述芯片阵列的延伸方向均与所述套筒的轴向平行，多个所述芯片阵列的出光口与多个所述透光结构一一对应相对设置。
3.根据权利要求2所述的侧泵模块，其特征在于，每个所述第二侧壁的外表面上均固设有多个热沉组件，多个热沉组件沿所述套筒的轴向间隔设置；
每个所述热沉组件包括两个第一热沉片，两个所述第一热沉片间隔设置并形成缝隙结构，且所述缝隙结构的延伸方向与所述套筒的轴向平行；所述芯片阵列固定在所述缝隙结构内。
4.根据权利要求3所述的侧泵模块，其特征在于，所述第一热沉片包括第一片体和第二片体；
沿所述套筒的轴向，所述第二片体设置在所述第一片体的两端；
沿第一方向，所述第一片体的厚度为A，所述第二片体的厚度为B，A＞B；所述第一方向与所述套筒的轴向垂直，且所述第一方向与所述第二侧壁的外表面平行。
5.根据权利要求3所述的侧泵模块，其特征在于，所述侧泵模块还包括第二热沉片和绝缘片；
所述第二热沉片与所述第二侧壁的外表面固定，且所述第二热沉片伸入所述流道内部；
所述绝缘片固定在所述第二热沉片远离所述第二侧壁的端面上，所述热沉组件固定在所述绝缘片上，所述绝缘片能够导热。
6.根据权利要求5所述的侧泵模块，其特征在于，所述第二热沉片伸入所述流道内部的端面上设有阻流结构。
7.根据权利要求2所述的侧泵模块，其特征在于，每个所述第二侧壁的外表面上设有多个芯片阵列，且多个所述芯片阵列沿所述套筒的轴向均匀间隔设置；
两个相邻的第二侧壁上的芯片阵列沿所述套筒的轴向一一对应交错设置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的侧泵模块，其特征在于，所述侧泵模块还包括晶体棒，所述晶体棒伸入所述管体内，所述晶体棒与所述管体之间设有冷却介质。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的侧泵模块，其特征在于，所述反射器的内表面为镜面，所述反射器由金属材料制成，且所述反射器的外表面镀有高反射率材料层。
10.一种半导体激光器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的侧泵模块。
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