[發明專利]一種具有高度自適應的主動制冷式二維半導體激光列陣

無效

• 申請號: 201210258200.8
• 申請日: 2012-07-25
• 公開（公告）號: CN103579898A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 鄢雨;方毅;廖新勝
• 申請（專利權）人: 蘇州長光華芯光電技術有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

技術領域

本發明涉及半導體激光器及其應用技術，尤其涉及一種具有高度自適應的主動制冷式二維半導體激光列陣。

背景技術

高功率半導體激光具有光電轉換效率高、性能穩定、可靠性高、壽命長、體積小、重量輕等特點，廣泛應用于工業和醫療等領域。許多新的應用領域要求半導體激光器具有更高的輸出功率。增加半導體激光器輸出功率主要有兩種方式：一是提高芯片生長技術從而增加單發射腔半導體激光器輸出功率；二是增加半導體激光器發光單元的個數從而提高輸出功率。

單發射腔半導體激光器最大光輸出功率受限于災難性光學腔面損傷（COMD）或Thermal?Rollover現象。COMD產生的主要原因是由于光吸收和非輻射復合導致的腔面過熱而使腔毀壞。目前發展了一些新技術能很好的克服COMD，如腔面鈍化、非吸收鏡面和非泵浦窗。Thermal?Rollover現象是由于產生的熱量高于制冷裝置能夠冷卻的熱量，通常此時在腔內將累積大量熱量，使腔內的溫度顯著上升。為了避免Thermal?Rollover現象產生，應盡量降低器件的熱阻。增加腔長和增大發光區寬度能夠明顯的降低熱阻，因而單發射腔半導體激光器的腔長越長，其輸出功率越高。

為了提高半導體激光芯片的輸出功率，可以增加芯片上單發射腔的數目，由多個單發射腔排成一維線陣，此芯片通常稱為巴條。最常見的巴條封裝有傳導冷卻型和微通道液體制冷型兩種。根據填充因子和腔長的不同，連續波條件下陣列半導體激光器輸出功率可高達上百瓦。提高陣列半導體激光器輸出功率所面臨的主要問題就是熱管理和熱應力管理。

將多個巴條水平（即慢軸）方向排列形成水平列陣。德國Dilas和美國nLIGHT公司的網頁上均列有這類產品，所列產品的巴條數目為二到十三個半導體激光器，可以獲得的輸出功率從數十瓦到數百瓦甚至上千瓦不等。

將多個巴條垂直（即快軸）方向疊加形成垂直列陣。德國Dilas和美國nLIGHT公司的網頁也有這類產品，所列產品的巴條數目為二到幾十個半導體激光器，可以獲得的輸出功率從數十瓦到數百瓦甚至上千瓦不等。垂直列陣遇到主要技術挑戰是光束和光譜的控制問題。垂直列陣的半導體激光器各巴條之間產生的熱相互干擾，且制冷液流動不均勻導致巴條的冷卻溫度分布不均勻，垂直列陣的巴條數目越多制冷液的壓差和流經激光器的溫差越大，導致巴條激光的波長漂移和列陣的光譜展寬。改進的技術方案是垂直列陣上下兩端面都進出制冷液，使制冷液的流量增大一倍，相對應的壓差減半，激光器的波長漂移和光譜展寬得到有效的緩解。

為了獲得更高輸出功率的半導體激光器，人們往往直接將多個上述垂直列陣沿慢軸方向排列，組裝成二維列陣。這樣的二維列陣體積大，難以獲得高的功率密度。例如，德國Dilas公司網頁上有一款44-Bar?Stack的產品，即44個巴條數，可以獲得相當高的功率輸出，但該產品沿慢軸方向的寬度為39mm，遠遠大于巴條發光區的寬度，因而，用這樣的垂直列陣組裝成的二維列陣的功率密度遠遠低于單個垂直列陣的功率密度。其次，組裝這樣的二維列陣難度大，難以形成有效地密封制冷液，穩定性差。例如，德國Dilas公司網頁上的另一款無外套30-Bar-Stack的產品，僅由兩個M3的螺釘安裝固定，用12mm寬的接觸面來穩定高達73mm的列陣，這樣的結構是不穩定的，任何輕微晃動就能造成制冷液的泄漏，嚴重時損壞激光器。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的以上問題，提供一種具有高度自適應的主動制冷式二維半導體激光列陣,本發明密封性好、制造方便，解決了因一維半導體激光列陣高度差異而導致的漏水問題，也提高了產品的生產良率。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種具有高度自適應的主動制冷式二維半導體激光列陣，由多個一維半導體激光列陣與上固定塊、下固定塊、左固定塊和右固定塊通過固定螺釘固定組成，所述上固定塊設置有第一通道，所述一維半導體激光列陣由多個主動制冷巴條激光器與上夾導塊和下夾導塊通過螺釘固定組成，所述上夾導塊設置有第二通道，所述主動制冷巴條激光器設置有熱沉，一端封裝有激光巴條，所述主動制冷巴條激光器還設置有進水口、出水口和螺釘孔，所述第二通道一端內嵌有一中空柱體，所述中空柱體中間部設置有環形凸起，并且形成折彎處，所述中空柱體內部貫通，所述單個中空柱體至少設置有一個徑向式密封圈。

進一步的，所述中空柱體另一端設置于第一通道內部，所述折彎處設置有第一徑向密封圈和第二徑向密封圈。