本發(fā)明涉及一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器及工作方法，屬于半導(dǎo)體激光器。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體激光器又稱(chēng)激光二極管，是用半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)的激光器，常用工作物質(zhì)有砷化鎵、硫化鎘、磷化銦、硫化鋅等，激勵(lì)方式有電注入、電子束激勵(lì)和光泵浦三種形式。半導(dǎo)體激光器件，可分為同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)等幾種，它具有體積小、壽命長(zhǎng)、可以用高達(dá)ghz的頻率直接進(jìn)行電流調(diào)制以獲得高速調(diào)制的激光輸出等優(yōu)點(diǎn)，在激光通信、光存儲(chǔ)、光陀螺、激光打印、測(cè)距以及雷達(dá)等方面有著廣泛的應(yīng)用。

2、目前常見(jiàn)的半導(dǎo)體激光器主要由半導(dǎo)體光路板和封裝外殼兩部分組成，半導(dǎo)體光路板上安裝有激光二極管和激光透鏡組件，可匯聚校直光路，封裝外殼上安裝有散熱風(fēng)扇，用于半導(dǎo)體激光器工作時(shí)的散熱。如申請(qǐng)?zhí)枮閏n202111205006.9的一種半導(dǎo)體激光器散熱封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器的下端面固定連接有基板，基板的上端面設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)插接有安裝框，安裝框的上端面固定連接有u形板，u形板的外壁通過(guò)滑槽配合滑塊橫向滑動(dòng)連接有散熱翅片；上述常見(jiàn)類(lèi)型的半導(dǎo)體激光器在實(shí)際的應(yīng)用中仍存在以下不足：

3、由于半導(dǎo)體激光器在工作時(shí)，激光在匯聚過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的能量，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器主要是通過(guò)風(fēng)扇正對(duì)半導(dǎo)體光路板直吹的方式進(jìn)行散熱，換熱效率低，且氣流攜帶灰塵經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體光路，也容易造成半導(dǎo)體激光器的故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器及工作方法，以解決現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器散熱效率低，故障率高的問(wèn)題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一方面，本發(fā)明提供一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，包括底座以及固定在底座上的封裝盒，封裝盒的內(nèi)部從左向右依次開(kāi)設(shè)有散熱腔和激光腔；

4、所述封裝盒頂部通過(guò)螺釘固定設(shè)置有封裝蓋板，所述封裝蓋板底部固定設(shè)置有散熱板組件，散熱板組件位于激光腔的內(nèi)部頂端，散熱板組件內(nèi)設(shè)置有偏振合束器和聚焦透鏡，封裝蓋板的一端固定設(shè)置有前蓋板，前蓋板上安裝有激光透鏡，所述散熱板組件的底部?jī)蓚?cè)均固定安裝有多個(gè)半導(dǎo)體激光單元；

5、所述散熱腔內(nèi)部安裝有冷卻液循環(huán)機(jī)構(gòu)和電源模塊，封裝蓋板頂端設(shè)置有氣流散熱組件，散熱腔的一端固定安裝有濾塵網(wǎng)架，兩側(cè)均開(kāi)設(shè)有多個(gè)散熱柵孔。

6、優(yōu)選的，所述氣流散熱組件包括散熱罩以及固定設(shè)置在散熱罩上的排風(fēng)通道，所述排風(fēng)通道的內(nèi)部固定安裝有散熱風(fēng)扇，散熱罩的表面開(kāi)設(shè)有多個(gè)進(jìn)風(fēng)柵孔，散熱風(fēng)扇與電源模塊電性連接。

7、優(yōu)選的，所述散熱板組件包括降溫板以及開(kāi)設(shè)在降溫板內(nèi)部的回流腔，所述回流腔內(nèi)部固定設(shè)置有多個(gè)均勻分布的折流板，所述回流腔的正面固定設(shè)置有密封蓋板，密封蓋板表面固定安裝有絕緣導(dǎo)熱板；所述降溫板的一端兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，降溫板的背面固定設(shè)置有多個(gè)散熱翅片。

8、優(yōu)選的，所述散熱翅片設(shè)置在散熱罩的內(nèi)部，散熱翅片一端延伸至回流腔的內(nèi)部。使用時(shí)，冷卻液會(huì)通過(guò)進(jìn)液管進(jìn)入回流腔內(nèi)，通過(guò)折流板進(jìn)行折流，冷卻液在降溫板內(nèi)流通，半導(dǎo)體激光芯片產(chǎn)生的熱量會(huì)通過(guò)絕緣導(dǎo)熱板直接傳遞至冷卻液，一部分熱量由流通的冷卻液帶走，另一部分則通過(guò)散熱翅片與流通的空氣接觸，直接散熱。

9、優(yōu)選的，所述冷卻液循環(huán)機(jī)構(gòu)包括冷卻液儲(chǔ)箱以及固定安裝在冷卻液儲(chǔ)箱上的小型循環(huán)泵，小型循環(huán)泵的出水口固定連通有供液管，供液管與進(jìn)液管連通，冷卻液儲(chǔ)箱的一側(cè)固定安裝有用于對(duì)冷卻液降溫的換熱組件。

10、優(yōu)選的，換熱組件包括散熱框架以及固定安裝在散熱框架中部的蛇形換熱管，蛇形換熱管的一端固定連通有導(dǎo)流管，導(dǎo)流管與出液管連通，蛇形換熱管的另一端固定連通有回流管，回流管延連接至冷卻液儲(chǔ)箱的內(nèi)部，散熱框架的一側(cè)固定安裝有降溫風(fēng)扇，降溫風(fēng)扇與電源模塊電性連接。

11、使用時(shí)，小型循環(huán)泵會(huì)持續(xù)抽吸冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)的冷卻液，冷卻液經(jīng)過(guò)供液管進(jìn)入進(jìn)液管內(nèi)，最后由出液管流出，進(jìn)入導(dǎo)流管內(nèi)，然后在蛇形換熱管內(nèi)流通，期間降溫風(fēng)扇使外部空氣通過(guò)濾塵網(wǎng)架過(guò)濾后，直吹蛇形換熱管，攜帶熱量的氣流由散熱柵孔排出，經(jīng)過(guò)降溫后的冷卻液經(jīng)過(guò)回流管重新回流至冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)。

12、優(yōu)選的，所述偏振合束器、聚焦透鏡和激光透鏡位于同一直線(xiàn)上。

13、優(yōu)選的，所述半導(dǎo)體激光單元包括半導(dǎo)體激光芯片以及安裝在半導(dǎo)體激光芯片上依次連接的準(zhǔn)直透鏡和反射鏡，反射鏡正對(duì)偏振合束器設(shè)置，多個(gè)半導(dǎo)體激光芯片均與電源模塊電性連接。

14、使用時(shí)，半導(dǎo)體激光芯片分布在偏振合束器、聚焦透鏡和激光透鏡中心線(xiàn)的兩側(cè)，由電源模塊向半導(dǎo)體激光芯片進(jìn)行供電，產(chǎn)生的激光線(xiàn)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行校直，然后經(jīng)過(guò)反射鏡進(jìn)行反射，使兩側(cè)的激光沿直線(xiàn)進(jìn)行傳播，通過(guò)偏振合束器將兩側(cè)的激光進(jìn)行合束，最后由聚焦透鏡聚焦后，通過(guò)激光透鏡射出，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器的聚光。

15、另一方面，本發(fā)明提供一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的工作方法，電源模塊向半導(dǎo)體激光芯片進(jìn)行供電，產(chǎn)生的激光線(xiàn)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行校直，然后經(jīng)過(guò)反射鏡進(jìn)行反射，使兩側(cè)的激光沿直線(xiàn)進(jìn)行傳播，通過(guò)偏振合束器將兩側(cè)的激光進(jìn)行合束，最后由聚焦透鏡聚焦后，通過(guò)激光透鏡射出，同時(shí)，小型循環(huán)泵會(huì)持續(xù)抽吸冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)的冷卻液，冷卻液經(jīng)過(guò)供液管進(jìn)入散熱板組件的進(jìn)液管內(nèi)，進(jìn)入回流腔內(nèi)，通過(guò)折流板進(jìn)行折流，冷卻液在降溫板內(nèi)流通，半導(dǎo)體激光芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕緣導(dǎo)熱板直接傳遞至冷卻液，一部分熱量由流通的冷卻液帶走，另一部分則通過(guò)散熱翅片與流通的空氣接觸，直接散熱，攜帶熱量的冷卻液，由出液管流出，進(jìn)入導(dǎo)流管內(nèi)，然后在蛇形換熱管內(nèi)流通，在散熱腔內(nèi)進(jìn)一步散熱降溫后，重新回流至冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)。

16、優(yōu)選的，激光器在工作時(shí)，散熱風(fēng)扇持續(xù)工作，抽排散熱罩內(nèi)部的空氣，外界空氣由進(jìn)風(fēng)柵孔進(jìn)入，外界空氣持續(xù)流通，加速對(duì)激光器的散熱。

17、本發(fā)明的有益效果為：

18、本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器將半導(dǎo)體激光單元排布在散熱板組件上，激光器在工作時(shí)，散熱板組件內(nèi)部會(huì)持續(xù)循環(huán)流通冷卻液，通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式，將半導(dǎo)體激光單元工作時(shí)產(chǎn)生的熱量傳遞至冷卻液，以加速半導(dǎo)體激光器的散熱，防止激光器出現(xiàn)高溫，采用氣流外循環(huán)與冷卻液內(nèi)循環(huán)相配合的方式，散熱高效顯著，可確保半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定工作；

19、封裝盒內(nèi)部分為兩個(gè)腔室，一個(gè)封閉封裝，用于激光的匯聚，另一個(gè)可流通氣流，用于激光器電源的散熱，激光匯聚穩(wěn)定，不會(huì)受粉塵的影響，有利于降低半導(dǎo)體激光器的故障率，安全可靠；

20、半導(dǎo)體激光單元和散熱板組件直接固定在封裝蓋板上，可方便封裝盒的拆卸，為后續(xù)半導(dǎo)體激光器的維護(hù)檢修提供了便利，使用壽命更長(zhǎng)。

技術(shù)特征：

1.一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，包括底座以及固定在底座上的封裝盒，封裝盒的內(nèi)部從左向右依次開(kāi)設(shè)有散熱腔和激光腔；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述氣流散熱組件包括散熱罩以及固定設(shè)置在散熱罩上的排風(fēng)通道，所述排風(fēng)通道的內(nèi)部固定安裝有散熱風(fēng)扇，散熱罩的表面開(kāi)設(shè)有多個(gè)進(jìn)風(fēng)柵孔，散熱風(fēng)扇與電源模塊電性連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述散熱板組件包括降溫板以及開(kāi)設(shè)在降溫板內(nèi)部的回流腔，所述回流腔內(nèi)部固定設(shè)置有多個(gè)均勻分布的折流板，所述回流腔的正面固定設(shè)置有密封蓋板，密封蓋板表面固定安裝有絕緣導(dǎo)熱板；所述降溫板的一端兩側(cè)分別設(shè)置有進(jìn)液管和出液管，降溫板的背面固定設(shè)置有多個(gè)散熱翅片。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述散熱翅片設(shè)置在散熱罩的內(nèi)部，散熱翅片一端延伸至回流腔的內(nèi)部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述冷卻液循環(huán)機(jī)構(gòu)包括冷卻液儲(chǔ)箱以及固定安裝在冷卻液儲(chǔ)箱上的小型循環(huán)泵，小型循環(huán)泵的出水口固定連通有供液管，供液管與進(jìn)液管連通，冷卻液儲(chǔ)箱的一側(cè)固定安裝有用于對(duì)冷卻液降溫的換熱組件。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，換熱組件包括散熱框架以及固定安裝在散熱框架中部的蛇形換熱管，蛇形換熱管的一端固定連通有導(dǎo)流管，導(dǎo)流管與出液管連通，蛇形換熱管的另一端固定連通有回流管，回流管延連接至冷卻液儲(chǔ)箱的內(nèi)部，散熱框架的一側(cè)固定安裝有降溫風(fēng)扇，降溫風(fēng)扇與電源模塊電性連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述偏振合束器、聚焦透鏡和激光透鏡位于同一直線(xiàn)上。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體激光單元包括半導(dǎo)體激光芯片以及安裝在半導(dǎo)體激光芯片上依次連接的準(zhǔn)直透鏡和反射鏡，反射鏡正對(duì)偏振合束器設(shè)置，多個(gè)半導(dǎo)體激光芯片均與電源模塊電性連接。

9.一種基于權(quán)利要求8所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的工作方法，其特征在于，電源模塊向半導(dǎo)體激光芯片進(jìn)行供電，產(chǎn)生的激光線(xiàn)經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡進(jìn)行校直，然后經(jīng)過(guò)反射鏡進(jìn)行反射，使兩側(cè)的激光沿直線(xiàn)進(jìn)行傳播，通過(guò)偏振合束器將兩側(cè)的激光進(jìn)行合束，最后由聚焦透鏡聚焦后，通過(guò)激光透鏡射出，同時(shí)，小型循環(huán)泵會(huì)持續(xù)抽吸冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)的冷卻液，冷卻液經(jīng)過(guò)供液管進(jìn)入散熱板組件的進(jìn)液管內(nèi)，進(jìn)入回流腔內(nèi)，通過(guò)折流板進(jìn)行折流，冷卻液在降溫板內(nèi)流通，半導(dǎo)體激光芯片產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕緣導(dǎo)熱板直接傳遞至冷卻液，一部分熱量由流通的冷卻液帶走，另一部分則通過(guò)散熱翅片與流通的空氣接觸，直接散熱，攜帶熱量的冷卻液，由出液管流出，進(jìn)入導(dǎo)流管內(nèi)，然后在蛇形換熱管內(nèi)流通，在散熱腔內(nèi)進(jìn)一步散熱降溫后，重新回流至冷卻液儲(chǔ)箱內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器的工作方法，其特征在于，激光器在工作時(shí)，散熱風(fēng)扇持續(xù)工作，抽排散熱罩內(nèi)部的空氣，外界空氣由進(jìn)風(fēng)柵孔進(jìn)入，外界空氣持續(xù)流通，加速對(duì)激光器的散熱。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種具有高效散熱結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器及工作方法，屬于半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，包括底座及封裝盒，封裝盒的內(nèi)部從左向右依次開(kāi)設(shè)有散熱腔和激光腔；封裝盒頂部固定設(shè)置封裝蓋板，封裝蓋板底部固定設(shè)置散熱板組件，散熱板組件位于激光腔的內(nèi)部頂端；散熱腔內(nèi)部安裝有冷卻液循環(huán)機(jī)構(gòu)和電源模塊，封裝蓋板頂端設(shè)置有氣流散熱組件。本發(fā)明將半導(dǎo)體激光單元排布在散熱板組件上，激光器在工作時(shí)，散熱板組件內(nèi)部會(huì)持續(xù)循環(huán)流通冷卻液，通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式，將半導(dǎo)體激光單元工作時(shí)產(chǎn)生的熱量傳遞至冷卻液，以加速半導(dǎo)體激光器的散熱，防止激光器出現(xiàn)高溫，采用氣流外循環(huán)與冷卻液內(nèi)循環(huán)相配合的方式，散熱高效顯著，可確保半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)定工作。

技術(shù)研發(fā)人員：陳昭洋,任夫洋,蘇建,張曉東,劉琦,吳德華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東華光光電子股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10