CN205945589U - 一种激光供能***用能量转换模块 - Google Patents

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杨亚丽
郑光恒
于洪旺
林芃
仲琳
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Abstract

本实用新型涉及一种激光供能***用能量转换模块，所述光纤接头安装在基座底面，光纤接头上方的基座内制出腔体，该腔体下方靠近光纤接头的基座内嵌装保护片，该保护片上方的腔体内嵌装散热片，该散热片朝向保护片的表面设置所述激光能量转换芯片，该激光能量转换芯片的两级连接自散热片上方腔体开口伸出基座的两个极板。本实用新型中，散热效果好，使芯片可接收更高功率密度的激光，在光纤接头中嵌装高精度陶瓷套管，提高了激光能量转换芯片和激光耦合精度及产品输出性能一致性，实现了具备散热性能良好、输出性能高、可靠性好、成本低、装配工艺简单、工作稳定等优点的新型模块，能够在不同领域激光供能***中长期、稳定的工作。

Description

一种激光供能***用能量转换模块
技术领域
本实用新型属于激光功能***改进技术领域，尤其是一种激光供能***用能量转换模块。
背景技术
激光能量转换模块通过光纤与半导体激光器相连，光纤将激光传输至激光能量转换模块，将激光能量转化成电能量，为终端设备提供所需的电能，其可以将能量传输到几百米甚至上千米远的地方，同时由于激光在光纤中传输，对高温、低温、辐射以及电磁干扰等完全不敏感，该模块可以应用在电力领域中，为光电互感器、隔离断路器供电，可以为各种传感器及采集电路供电等，可以使用在医疗领域中的核磁共振设备中，可以用于风力发电机健康检测***中，可以应用在飞机的燃油舱检测中。现有的模块存在以下缺点：1.能量转换芯片采用TO封装，一般选择TO46或TO39，由于TO基座面积较小，散热效果差，温度升高导致激光能量转换芯片效率降低，输出性能差，可靠性不高，不利于长期稳定运行。2.法兰采用机加工或压铸工艺制成，光纤接头内孔精度最高达0.05mm,在***不同激光器光纤时，光纤和法兰不能紧密配合，可以感觉到松动，导致产品输出性能一致性差。3.采用TO封装，封帽采用平行封焊或储能焊，所用设备昂贵，工艺复杂，成本高，不利于批量生产。4.由于散热原因差，激光能量转换芯片接收的激光功率密度最大64W/cm2，距离其本身所承受的100W/cm2光强密度有很大提高空间。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供具有高效率、高精度、散热性能好、成本低且易于制造装配的一种激光供能***用能量转换模块。
本实用新型采取的技术方案是：
一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：包括基座、光纤接头、激光能量转换芯片和散热片，所述光纤接头安装在基座底面，光纤接头上方的基座内制出腔体，该腔体下方靠近光纤接头的基座内嵌装保护片，该保护片上方的腔体内嵌装散热片，该散热片朝向保护片的表面设置所述激光能量转换芯片，该激光能量转换芯片的两级连接自散热片上方腔体开口伸出基座的两个极板，所述光纤接头内设置的光纤传输的激光自保护片透过并照射到所述激光能量转换芯片上，所述激光能量转换芯片将照射其上的激光转换为电能后自两个极板处输出。
而且，靠近基座上端面的上方的腔体内径大于靠近光纤接头上端的下方的腔体内径，在上方的腔体和下方的腔体过渡处嵌装所述散热片，在散热片上方的腔体内灌封具有高导热系数的结构胶。
而且，所述光纤接头的上端与基座固定在一起，在光纤接头的底面制出一凹孔，该凹孔上方的光纤接头内制出一与凹孔连通且直径小于凹孔直径的通孔，该通孔内嵌装高精度陶瓷套管，该高精度陶瓷套管上方的基座内嵌装一与所述保护片贴在一起的光纤陶瓷插芯定位片。
而且，在基座的两侧制出安装孔。
而且，在基座表面制出用于标识极板极性的标识。
而且，所述散热片由陶瓷片或硅片制成。
本实用新型的优点和积极效果是：
1.本模块中，采用陶瓷片或硅片代替TO基座做散热片，陶瓷片或硅片散热片采用的是多孔介质结构，使整个散热片的孔隙率可达33％左右，较金属散热器多出约20％的孔隙，大的孔隙率使换热介质能够充分的与散热表面接触，能够在同一单位时间、同一单位面积内带走更多的热量，强化了散热，将激光能量转换芯片可接收的激光功率密度由原来的64W/cm2，提高至98W/cm2，接近其上限100W/cm2。同时，由于陶瓷及硅片具有晶体结构，没有自由移动的电子，为良好的绝缘体，抗高电压及抗电磁干扰能力较TO基座具有明显优势，非常适用于激光供能***。
2.本模块中，采用钢化玻璃或石英玻璃制成保护片，代替TO管帽，取代封帽工艺，简化工艺步骤，使操作简单，明显减少了工时，同时减少贵重设备使用、保养、维护，减少材料成本，大大降低了成本。
3.本模块中，在通孔中嵌入高精度陶瓷套管，降低了对法兰机加工或压铸工艺要求，高精度陶瓷套管内径精度不低于0.009mm,可与光纤紧密配合，大大提高了激光能量转换芯片与激光耦合精度，提高了模块转换效率，同时，提高了模块输出性能的一致性。
4.本模块中，由于陶瓷片散热片具有良好的绝缘性，直接在其上嵌装正极端子和负极端子，不需添加绝缘塑料管、陶瓷管、玻璃套管，并且激光能量转换芯片上正极和负极可直接通过金带键合至正极端子和负极端子，无需中间端子和导线，减少器件，使工艺更简单，同时减少串联电阻，提供模块的输出功率。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1的截面图；
图3是图1的***图；
图4是图1的俯视图；
图5是图2的A-A向视图；
图6是激光能量转换芯片的正面视图；
图7是图6的后视图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本实用新型的保护范围。
一种激光供能***用能量转换模块，如图1～7所示，本实用新型的创新在于：包括基座4、光纤接头6、激光能量转换芯片9和散热片10，所述光纤接头安装在基座底面，光纤接头上方的基座内制出由标号7和标号12构成的腔体，该腔体下方靠近光纤接头的基座内嵌装保护片13，该保护片上方的腔体内嵌装散热片，该散热片朝向保护片的表面设置所述激光能量转换芯片，该激光能量转换芯片的两级连接自散热片上方腔体开口伸出基座的两个极板1和2，所述光纤接头内设置的光纤传输的激光自保护片透过并照射到所述激光能量转换芯片上，所述激光能量转换芯片将照射其上的激光转换为电能后自两个极板处输出。
本实施例中，基座采用机加工对铝块或铜块等进行加工，或采用压铸工艺对锌合金、铝锭等进行加工，腔体横截面优选圆形，也可为正多边形，保护片为具有高透光率的石英玻璃，钢化玻璃或其他材质。
激光能量转换芯片背面20为半绝缘材料，正面光敏部分19由数瓣扇形结构组成圆形，非光敏区通过绝缘沟槽18划分为两部分，图6中P和N部分，分别通过金带8键合于正极板2和负极板1上，形成欧姆电气连接。
靠近基座上端面的上方的腔体7内径大于靠近光纤接头上端的下方的腔体12内径，在上方的腔体和下方的腔体过渡处11嵌装所述散热片，在散热片上方的腔体7内灌封具有高导热系数的结构胶。
所述光纤接头的上端与基座固定在一起，在光纤接头的底面制出一凹孔17，该凹孔上方的光纤接头内制出一与凹孔连通且直径小于凹孔直径的通孔16，该通孔内嵌装高精度陶瓷套管15，该高精度陶瓷套管上方的基座内嵌装一与所述保护片贴在一起的光纤陶瓷插芯定位片14，定位片通孔径在0.1mm-1.8mm，厚度在0.3mm-0.8mm,使所述光纤接头处导入的激光不被遮挡，全部通过。
在基座的两侧制出安装孔5，安装孔用于将基座安装在电路板或其它器件上，其余面中任一面或任两面上有“+”和“-”标识3，分别与正极板与负极板位置对应，用于标识极性。所述散热片由陶瓷片或硅片制成。
本实用新型制造和装配过程是：
1.采用机加工对铝块或铜块等进行加工，或采用压铸工艺对锌合金、铝锭等进行加工，并进行一定的表面处理(阳极氧化、镀铬、镀镍、镀镍金、镀锡等)最终成为一个基座。
2.将高精度陶瓷套管嵌入通孔中，并用胶水(353ND、UV胶或快干胶)固定，若胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，进行整体加热。
3.在绝缘散热片上面印刷银胶，利用夹具(夹具使装配精度更高)将激光能量转换芯片底面粘贴于印刷的银胶图形上，若银胶需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，将粘接后的绝缘散热片和激光能量转换芯片整体进行加热，之后取下夹具。
4.将正极板、负极板嵌入绝缘散热片开孔中，用胶水固定，若胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱进行加热固化。
5.用金带将激光能量转换芯片的正极、负极分别与正极板、负极板键合相连，形成欧姆接触。
6.将保护片用高透光率胶水粘接在基座内，使保护片中心法线与高精度陶瓷套管中心法线重合，若胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，将其整体放入加热箱加热固化。
7.将绝缘散热片放于腔体内，利用耦合台及软件，耦合激光能量转换芯片和激光光纤，使光激光能量转换芯片输出性能最佳，用UV胶或快干胶将绝缘散热片固定。
8.在绝缘散热片上方的腔体内灌封结构胶(优选具有高导热系数的结构胶)，若胶水需要在一定温度下固化，则需要一个加热箱，将其整体放入加热箱加热固化。
9.可根据需要将新型高效激光能量转换模块与DC-DC模块连接，获得用户需要的电压或安装在PCB电子线路板，给远程设备提供电源，多个新型高效激光能量转换模块还可以串、并联连接，获得需要的电压和功率。
本实用新型中，采用陶瓷片或硅片做散热片，比金属散热片多20％的空隙，提高了散热效果，使激光能量转换芯片可接收更高功率密度的激光(从64W/cm2提高至98W/cm2)，在光纤接头中嵌装精度高于0.009mm的高精度陶瓷套管，提高了激光能量转换芯片和激光耦合精度及产品输出性能一致性，采用保护片封装激光能量转换芯片，简化工艺，实现了具备散热性能良好、输出性能高、可靠性好、成本低、装配工艺简单、工作稳定等优点的新型模块，能够在不同领域激光供能***中长期、稳定的工作。

Claims (6)

1.一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：包括基座、光纤接头、激光能量转换芯片和散热片，所述光纤接头安装在基座底面，光纤接头上方的基座内制出腔体，该腔体下方靠近光纤接头的基座内嵌装保护片，该保护片上方的腔体内嵌装散热片，该散热片朝向保护片的表面设置所述激光能量转换芯片，该激光能量转换芯片的两级连接自散热片上方腔体开口伸出基座的两个极板，所述光纤接头内设置的光纤传输的激光自保护片透过并照射到所述激光能量转换芯片上，所述激光能量转换芯片将照射其上的激光转换为电能后自两个极板处输出。
2.根据权利要求1所述的一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：靠近基座上端面的上方的腔体内径大于靠近光纤接头上端的下方的腔体内径，在上方的腔体和下方的腔体过渡处嵌装所述散热片，在散热片上方的腔体内灌封具有高导热系数的结构胶。
3.根据权利要求2所述的一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：所述光纤接头的上端与基座固定在一起，在光纤接头的底面制出一凹孔，该凹孔上方的光纤接头内制出一与凹孔连通且直径小于凹孔直径的通孔，该通孔内嵌装高精度陶瓷套管，该高精度陶瓷套管上方的基座内嵌装一与所述保护片贴在一起的光纤陶瓷插芯定位片。
4.根据权利要求3所述的一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：在基座的两侧制出安装孔。
5.根据权利要求4所述的一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：在基座表面制出用于标识极板极性的标识。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种激光供能***用能量转换模块，其特征在于：所述散热片由陶瓷片或硅片制成。
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