CN116799611B - 一种侧泵模块及半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种侧泵模块及半导体激光器，包括：冷却液座，冷却液座具有贯穿的通孔，冷却液座的内部具有夹层和冷却液道；晶棒，晶棒套装在通孔内；微通道单巴，微通道单巴设置在夹层内，微通道单巴的出光面与晶棒的侧面相对，微通道单巴具有入液孔和出液孔，入液孔和出液孔与冷却液道连通；电极片，电极片设置在夹层内，用于将微通道单巴的正极和负极引出。本发明通过在冷却液座的夹层内设置微通道单巴，与现有技术中侧泵半导体激光器使用宏通道热沉封装巴条相比，微通道单巴的散热性能强于宏通道热沉封装巴条的散热性能，效率也高于宏通道热沉封装巴条，因此，本发明具有散热性较好、效率较高、在同等输出功率前提下所占体积更小的优点。

Description

一种侧泵模块及半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种侧泵模块及半导体激光器。

背景技术

半导体激光器泵浦固体激光器泵浦可以分为端面泵浦和侧面泵浦。侧面泵浦也称为横向泵浦，简称侧泵，其泵浦光进入工作物质的面与激光输出面相互垂直。

侧泵半导体激光器不仅在光通信、激光打标、测量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。目前侧泵半导体激光器普遍使用宏通道热沉封装巴条。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：侧泵半导体激光器普遍使用宏通道热沉封装巴条，存在散热性能较低、效率较低、所占体积较大，不利于长期使用等问题。

发明内容

本发明旨至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种侧泵模块及半导体激光器，解决现有技术中侧泵半导体激光器的散热性能较低、效率较低的技术问题。

为达到上述目的，本发明第一方面提出的一种侧泵模块，包括：

冷却液座，所述冷却液座具有贯穿的通孔，所述冷却液座的内部具有夹层和冷却液道；

晶棒，所述晶棒套装在所述通孔内；

微通道单巴，微通道单巴设置在所述夹层内，所述微通道单巴的出光面与所述晶棒的侧面相对，所述微通道单巴具有入液孔和出液孔，所述入液孔和所述出液孔与所述冷却液道连通；

电极片，所述电极片设置在所述夹层内，用于将所述微通道单巴的正极和负极引出。

根据本发明的侧泵模块，通过在冷却液座的夹层内设置微通道单巴，与现有技术中侧泵半导体激光器使用宏通道热沉封装巴条相比，微通道单巴的散热性能强于宏通道热沉封装巴条的散热性能，微通道单巴的效率也高于宏通道热沉封装巴条，因此，本发明侧泵模块具有散热性较好、效率较高、在同等输出功率前提下所占体积更小的优点。

根据本发明的一个实施例，所述冷却液座包括一体成型的上座、底座和支撑柱，所述支撑柱设置在所述夹层内，所述夹层位于所述上座和所述底座之间，所述上座、所述底座和所述支撑柱贯穿设置有第一固定孔，所述支撑柱的侧壁上设置有第二固定孔。

根据本发明的一个实施例，所述支撑柱的侧壁上设置有第三固定孔和第四固定孔。

根据本发明的一个实施例，所述支撑柱的侧壁上设置有用于与所述入液孔连通的第一出液口，以及与所述出液孔连通的第一入液口，所述第一出液口和所述第一入液口与所述冷却液道相连通。

根据本发明的一个实施例，所述微通道单巴的数量为4个，所述支撑柱的横截面大致为三角形，所述支撑柱的数量为2个。

根据本发明的一个实施例，所述冷却液道具有贯穿所述冷却液座的竖管，所述竖管在所述冷却液座上的端口包括第二入液口和第二出液口，所述第二入液口与所述第一出液口相连通，所述第二出液口与所述第一入液口相连通。

根据本发明的一个实施例，所述支撑柱沿所述通孔的两侧对称布置。

根据本发明的一个实施例，所述电极片包括第一电极片、第二电极片和第三电极片，所述第一电极片分别与所述支撑柱和所述微通道单巴固定连接，第二电极片用于将分别位于不同所述支撑柱上的两个所述微通道单巴串联，第三电极片用于将位于同一个所述支撑柱上的所述第一电极片连接起来。

根据本发明的一个实施例，还包括压块，所述压块设置在所述微通道单巴和所述第二电极片之间，所述压块为导体。

本发明的第二方面提出一种半导体激光器，包括多个第一方面所述的侧泵模块、上盖板、下盖板和第四电极片，所述上盖板固定在位于最上方的所述侧泵模块的上方，所述下盖板固定在位于最下方的所述侧泵模块的下方，所述第四电极片用于将相邻的所述侧泵模块串联。

根据本发明的半导体激光器，通过将侧泵模块串联组合，与现有技术中侧泵半导体激光器使用宏通道热沉封装巴条相比，宏通道热沉封装巴条需要进行多级封装才能把巴条封装到宏通道热沉上，而本发明的半导体激光器中的侧泵模块可以根据输出功率的需要进行多个串联，安装更简单，配置更方便。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：

图1是本发明一实施例提出的侧泵模块的结构示意图。

图2是图1中微通道单巴的结构示意图。

图3是图1中冷却液座的结构示意图。

图4是图1中冷却液座的侧视结构示意图。

图5是沿图4中A-A线的剖视图。

图6是沿图4中B-B线的剖视图。

图7是图1中电极、压块及微通道单巴的组合示意图。

图8是图7中电极、压块及微通道单巴的分解结构示意图。

图9是本发明又一实施例提出的半导体激光器的结构示意图。

附图标记说明：

10-冷却液座，11-第二入液口，12-第二出液口，13-第一固定孔，14-通孔，15-第二固定孔，16-第一出液口，17-第一入液口，18-第三固定孔，19-第四固定孔，20-晶棒，30-第一电极片，40-微通道单巴，41-单巴热沉，42-巴条，43-负极片，44-入液孔，45-第五固定孔，46-出液孔，47-第六固定孔，50-压块，60-第二电极片，70-第三电极片，80-上盖板，90-下盖板，100-侧泵模块，101-支撑柱，102-上座，103-底座，105-紧固件，106-第四电极片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

结合图1至图8所示，本发明实施例的第一方面提出一种侧泵模块100。侧泵模块100包括冷却液座10、晶棒20、微通道单巴40和电极片。

冷却液座10具有贯穿的通孔14，冷却液座10的内部具有夹层和冷却液道，换言之，冷却液座10是中空的。冷却液座10由绝缘材料制作，主要起支撑作用和提供冷却液道。在一个实施方式中，冷却液座10的制作材料为PEEK(聚醚醚酮)，具有优良的电绝缘性、耐溶剂性和可加工性。

晶棒20套装在通孔14内。晶棒20的两端从通孔14内伸出。晶棒20被配置用于增益介质。在一个实施方式中，晶棒20的制作材料为YAG晶体，具有光学均匀性好、机械性能好、物化稳定性高、热导性好等优点。

微通道单巴40设置在夹层内，微通道单巴40的出光面与晶棒20的侧面相对，微通道单巴40具有入液孔44和出液孔46，入液孔44和出液孔46与冷却液道连通。夹层内微通道单巴40单巴的数量可以根据实际需要进行设计，在微通道单巴40单巴为多个的情况下，这些微通道单巴40串联，数量不同，输出功率也不同。微通道单巴40可以通过紧固件固定在冷却液座10上，安装方便。另外，多个冷却液座也可以组装，以形成输出功率更大的侧泵模块，可扩展性好。

参照图2所示，微通道单巴40具有单巴热沉41和负极片43，单巴热沉41还被配置用于微通道单巴40的正极。单巴热沉41和负极片43之间安装有巴条42。巴条42为半导体边发射激光器，在加电后，朝微通道单巴40的侧面射出激光。电极片设置在夹层内，用于将微通道单巴40的正极和负极引出。

根据本发明实施例的侧泵模块，通过在冷却液座的夹层内设置微通道单巴，与现有技术中侧泵半导体激光器使用宏通道热沉封装巴条相比，微通道单巴的散热性能强于宏通道热沉封装巴条的散热性能，微通道单巴的效率也高于宏通道热沉封装巴条，因此，本发明侧泵模块具有散热性较好、效率较高、在同等输出功率前提下所占体积更小的优点。

在一些实施例中，冷却液座10包括一体成型的上座102、底座103和支撑柱101，支撑柱101设置在夹层内，夹层位于上座102和底座103之间，上座102、底座103和支撑柱101贯穿设置有第一固定孔13，支撑柱101的侧壁上设置有第二固定孔15。第一固定孔13用于穿过紧固件将多个侧泵模块固定在一起。在一个示例中，上座102、底座103同形，均为长方体，有利于在光学平台上放置。

结合图2、图3所示，支撑柱101的侧壁上设置有第三固定孔18和第四固定孔19。微通道单巴40上设置有贯穿的第五固定孔45和第六固定孔47。第五固定孔45位于入液孔44和出液孔46之间。第六固定孔47的数量为两个，设置在远离巴条42的一侧。第三固定孔18与第五固定孔45相适配，第四固定孔19与第六固定孔47通过紧固件能够将微通道单巴40和支撑柱101固定连接在一起。

结合图2、图3和图5所示，支撑柱101的侧壁上设置有用于与入液孔44连通的第一出液口16，以及与出液孔46连通的第一入液口17，第一出液口16和第一入液口17与冷却液道相连通。冷却液道还具有贯穿冷却液座10的竖管，竖管在冷却液座10上的端口包括第二入液口11和第二出液口12，第二入液口11与第一出液口16相连通，第二出液口12与第一入液口17相连通。竖管与第一出液口16和第一入液口17之间设置有连通的横管。冷却液在冷却液道的流动路径如下：从冷却液座10端面的第二入液口11进入一根竖管，然后进入一根横管从第一出液口16流出，进入微通道单巴40的入液孔44，冷却液对微通道单巴40冷却后，从出液孔46流出，通过第一入液口17进入另一根横管，再从另一根竖管流向第二出液口12。以上完成一次冷却液的循环过程。

在一些实施例中，结合图3、图5和图6所示，微通道单巴40的数量为4个，支撑柱101的横截面大致为三角形，支撑柱101的数量为2个。三角形的一个顶点所在位置被通孔14贯穿，造成一个缺角。三角形的三个边所在位置即为支撑柱101的侧壁的位置。支撑柱101沿通孔14的两侧对称布置。与缺角相邻的支撑柱101的一个侧壁固定安装一个微通道单巴40。

结合图7、图8所示，电极片包括第一电极片30、第二电极片60和第三电极片70，第一电极片30分别与支撑柱101和微通道单巴40固定连接，第二电极片60用于将分别位于不同所述支撑柱101上的两个所述微通道单巴40串联，第三电极片70用于将位于同一个所述支撑柱101上的所述第一电极片30连接起来。可选地，第一电极片30的数量为4个，每一个第一电极片30整体呈V型，便于贴合支撑柱101的侧壁。第二电极片60的数量为2个，具有折角。第三电极片70为一个直片，将位于同一侧的第一电极片30通过紧固件105连接。

侧泵模块还包括压块50，压块50设置在微通道单巴40和第二电极片60之间，压块50为导体。压块的作用一方面是将单巴固定到水座上，另一方面是导电。压块50和微通道单巴40的连接通过紧固件105完成。

基于上述目的，如图9所示，本发明实施例的第二方面提出一种半导体激光器，包括多个第一方面所述的侧泵模块100、上盖板80、下盖板90和第四电极片106，上盖板80固定在位于最上方的侧泵模块的上方，下盖板90固定在位于最下方的侧泵模块的下方，第四电极片106用于将相邻的侧泵模块串联。

半导体激光器通电后，微通道单巴40射出的泵浦光从作为增益介质的晶棒20的侧面入射，泵浦光沿着晶棒20的轴向振荡，最终输出激光。

根据本发明实施例的半导体激光器，通过将侧泵模块串联组合，与现有技术中侧泵半导体激光器使用宏通道热沉封装巴条相比，宏通道热沉封装巴条需要进行多级封装才能把巴条封装到宏通道热沉上，而本发明的半导体激光器中的侧泵模块可以根据输出功率的需要进行多个串联，安装更简单，配置更方便。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种侧泵模块，其特征在于，包括：

冷却液座（10），所述冷却液座（10）具有贯穿的通孔（14），所述冷却液座（10）的内部具有夹层和冷却液道，所述冷却液座（10）包括一体成型的上座（102）、底座（103）和支撑柱（101），所述支撑柱（101）设置在所述夹层内，所述夹层位于所述上座（102）和所述底座（103）之间，所述上座（102）、所述底座（103）和所述支撑柱（101）贯穿设置有第一固定孔（13），所述支撑柱（101）的侧壁上设置有第二固定孔（15）；

晶棒（20），所述晶棒（20）套装在所述通孔（14）内；

微通道单巴（40），微通道单巴（40）设置在所述夹层内，所述微通道单巴（40）的出光面与所述晶棒（20）的侧面相对，所述微通道单巴（40）具有入液孔（44）和出液孔（46），所述入液孔（44）和所述出液孔（46）与所述冷却液道连通；

电极片，所述电极片设置在所述夹层内，用于将所述微通道单巴（40）的正极和负极引出，所述电极片包括第一电极片（30）、第二电极片（60）和第三电极片（70），所述第一电极片（30）分别与所述支撑柱（101）和所述微通道单巴（40）固定连接，第二电极片（60）用于将分别位于不同所述支撑柱（101）上的两个所述微通道单巴（40）串联，第三电极片（70）用于将位于同一个所述支撑柱（101）上的所述第一电极片（30）连接起来。

2.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，所述支撑柱（101）的侧壁上设置有第三固定孔（18）和第四固定孔（19）。

3.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，所述支撑柱（101）的侧壁上设置有用于与所述入液孔（44）连通的第一出液口（16），以及与所述出液孔（46）连通的第一入液口（17），所述第一出液口（16）和所述第一入液口（17）与所述冷却液道相连通。

4.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，所述微通道单巴（40）的数量为4个，所述支撑柱（101）的横截面大致为三角形，所述支撑柱（101）的数量为2个。

5.根据权利要求3所述的侧泵模块，其特征在于，所述冷却液道具有贯穿所述冷却液座（10）的竖管，所述竖管在所述冷却液座（10）上的端口包括第二入液口（11）和第二出液口（12），所述第二入液口（11）与所述第一出液口（16）相连通，所述第二出液口（12）与所述第一入液口（17）相连通。

6.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，所述支撑柱（101）沿所述通孔（14）的两侧对称布置。

7.根据权利要求1所述的侧泵模块，其特征在于，还包括压块（50），所述压块（50）设置在所述微通道单巴（40）和所述第二电极片（60）之间，所述压块（50）为导体。

8.一种半导体激光器，其特征在于，包括多个权利要求1至7任意一项所述的侧泵模块、上盖板（80）、下盖板（90）和第四电极片（106），所述上盖板（80）固定在位于最上方的所述侧泵模块的上方，所述下盖板（90）固定在位于最下方的所述侧泵模块的下方，所述第四电极片（106）用于将相邻的所述侧泵模块串联。