[发明专利]半导体激光器组装与包装系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器的组装与包装系统。

相关申请

本申请要求于2009年11月23日提交的美国专利申请12/623,886的优先权，其以参考方式全文并入在文本中。

背景技术

激光器有多种用途，随着激光器的效益在新兴市场上得到检验，其用途也随之扩展。这种扩展了的用途通常需要显著的创新以满足新用途的需求。在这个过程中，新型激光器的实用性是重要的。目前，许多新波长的廉价激光二极管正在使用，通过开发大批量低成本应用所需的高功率激光器的应用，拓宽了激光器在工业、医药和家庭用途的使用潜力。

为使这些项目实用，需要解决一些关键问题。具体地，高功率要求在包括热扩散、尺寸，成本以及安全等许多领域都需要进行改善。特别重要的是应认真地最小化家用和其他消耗设备或非传统激光器市场所用激光器系统的成本。在这些市场中，需要高效生产以获取适合大众市场的成本。

成本最小化不仅需要部件的大批量生产，而且还需要尽量降低其复杂程度并尽量减少组装劳动。尤其是要避免返工或手工调整对准。这些问题在生产低功率半导体光学设备，例如，用于读取光碟或类似作用的LEDs（发光二极管），时都已得到解决。在这些系统中，半导体LEDs需要有一定的功率等级，但是不需要精确的光学对准和聚焦，因为发射靠近光碟，而且信号检测不需要精确聚焦。不需要聚焦或重新聚焦是目前大批量激光器芯片的典型应用情况。

然而，例如在我们待审批的专利申请PCT/US2009/001350，公布为WO 2009/111010A1中描述的低成本高功率激光器新用途，需要借助仪器进行激光器的精确光学对准，在某些情况下则需要强聚焦。然而，在消耗设备使用中，必须最小化系统的激光器部件的成本。这些系统的生产成本包括该激光器半导体芯片的生产；该芯片在设备中的组装；以及该设备的对准和测试。

发明内容

每种设备的测试和对准仍然需要人的参与。在大众市场或其他大批量设备中，其中包括便携式医疗设备和其他需要高激光器功率的设备，特别是那些还需要该激光束聚焦和/或校准的用途，允许使用高功率激光器的关键要素在于取消人力或最小化人力。

本申请描述一种有效而廉价的激光器系统，其中以适用于大规模生产和消费用途的包装形式提供有效的多瓦激光器性能。该系统可提供各种各样的波长，具体包括500-2000纳米（nm）的波长。对于消费者的使用而言，优选为吸水率高的区域所发射的人眼安全波长。

本发明一些方面涉及激光器系统，该激光器系统能够产生用于如医疗诊所、医学应用领域、法医/执法和/或消费用途等的大批量市场用途的高功率激光器技术。其关键创新是多种技术组合以产生激光器系统，该激光器系统可由简单的部件通过几个动作或制造步骤组装，其因需要在光学对准和“即插即用”操作状态下进行组装而出现，通过墙上的插座或电池供电都可。

该系统的特征在于在很大程度上采用适合的构造部分进行自我组装。在第一个方面，提供可简单地通过各部分的物理接触进行组装的部分，自我组装地制造该系统。例如，配置芯片载体和散热器，以便配有结合芯片的载体可嵌入该散热器内，并通过任选采用粘合剂或焊接进行增强的紧密配合将该载体固定在适当的位置。在第二个方面，该系统可以自我同步旋转。在第三个方面，这些组件在至少一个的组件空腔内通过其径向定心至少部分地相互自对准。

在其他方面，该系统还包括至少一个光学元件。该光学元件优选通过该系统的空腔安装。该系统包含风扇以提高散热性能。在组装过程中，优选对每个非功能旋转对称的组件进行同步，由此相对于该系统其余组件将其结合在预定的旋转位置处。

通常，根据一个方面，本发明的特征在于激光器系统，该系统包括：具有贯穿该换热器的孔的换热器；其上安装半导体增益芯片的载体，该载体至少部分安装在孔内；以及安装在该换热器上并盖于孔上的透镜。

在实施方案中，提供使空气流过该换热器的风扇。在另外的实施例中，该风扇驱动空气在该激光辐射的区域上或附近流动。