[发明专利]一种具有高度自适应的主动制冷式二维半导体激光列阵

说明书

技术领域

本发明涉及半导体激光器及其应用技术，尤其涉及一种具有高度自适应的主动制冷式二维半导体激光列阵。

背景技术

高功率半导体激光具有光电转换效率高、性能稳定、可靠性高、寿命长、体积小、重量轻等特点，广泛应用于工业和医疗等领域。许多新的应用领域要求半导体激光器具有更高的输出功率。增加半导体激光器输出功率主要有两种方式：一是提高芯片生长技术从而增加单发射腔半导体激光器输出功率；二是增加半导体激光器发光单元的个数从而提高输出功率。

单发射腔半导体激光器最大光输出功率受限于灾难性光学腔面损伤（COMD）或Thermal Rollover现象。COMD产生的主要原因是由于光吸收和非辐射复合导致的腔面过热而使腔毁坏。目前发展了一些新技术能很好的克服COMD，如腔面钝化、非吸收镜面和非泵浦窗。Thermal Rollover现象是由于产生的热量高于制冷装置能够冷却的热量，通常此时在腔内将累积大量热量，使腔内的温度显著上升。为了避免Thermal Rollover现象产生，应尽量降低器件的热阻。增加腔长和增大发光区宽度能够明显的降低热阻，因而单发射腔半导体激光器的腔长越长，其输出功率越高。

为了提高半导体激光芯片的输出功率，可以增加芯片上单发射腔的数目，由多个单发射腔排成一维线阵，此芯片通常称为巴条。最常见的巴条封装有传导冷却型和微通道液体制冷型两种。根据填充因子和腔长的不同，连续波条件下阵列半导体激光器输出功率可高达上百瓦。提高阵列半导体激光器输出功率所面临的主要问题就是热管理和热应力管理。

将多个巴条水平（即慢轴）方向排列形成水平列阵。德国Dilas和美国nLIGHT公司的网页上均列有这类产品，所列产品的巴条数目为二到十三个半导体激光器，可以获得的输出功率从数十瓦到数百瓦甚至上千瓦不等。

将多个巴条垂直（即快轴）方向叠加形成垂直列阵。德国Dilas和美国nLIGHT公司的网页也有这类产品，所列产品的巴条数目为二到几十个半导体激光器，可以获得的输出功率从数十瓦到数百瓦甚至上千瓦不等。垂直列阵遇到主要技术挑战是光束和光谱的控制问题。垂直列阵的半导体激光器各巴条之间产生的热相互干扰，且制冷液流动不均匀导致巴条的冷却温度分布不均匀，垂直列阵的巴条数目越多制冷液的压差和流经激光器的温差越大，导致巴条激光的波长漂移和列阵的光谱展宽。改进的技术方案是垂直列阵上下两端面都进出制冷液，使制冷液的流量增大一倍，相对应的压差减半，激光器的波长漂移和光谱展宽得到有效的缓解。

为了获得更高输出功率的半导体激光器，人们往往直接将多个上述垂直列阵沿慢轴方向排列，组装成二维列阵。这样的二维列阵体积大，难以获得高的功率密度。例如，德国Dilas公司网页上有一款44-Bar Stack的产品，即44个巴条数，可以获得相当高的功率输出，但该产品沿慢轴方向的宽度为39mm，远远大于巴条发光区的宽度，因而，用这样的垂直列阵组装成的二维列阵的功率密度远远低于单个垂直列阵的功率密度。其次，组装这样的二维列阵难度大，难以形成有效地密封制冷液，稳定性差。例如，德国Dilas公司网页上的另一款无外套30-Bar-Stack的产品，仅由两个M3的螺钉安装固定，用12mm宽的接触面来稳定高达73mm的列阵，这样的结构是不稳定的，任何轻微晃动就能造成制冷液的泄漏，严重时损坏激光器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种具有高度自适应的主动制冷式二维半导体激光列阵,本发明密封性好、制造方便，解决了因一维半导体激光列阵高度差异而导致的漏水问题，也提高了产品的生产良率。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种具有高度自适应的主动制冷式二维半导体激光列阵，由多个一维半导体激光列阵与上固定块、下固定块、左固定块和右固定块通过固定螺钉固定组成，所述上固定块设置有第一通道，所述一维半导体激光列阵由多个主动制冷巴条激光器与上夹导块和下夹导块通过螺钉固定组成，所述上夹导块设置有第二通道，所述主动制冷巴条激光器设置有热沉，一端封装有激光巴条，所述主动制冷巴条激光器还设置有进水口、出水口和螺钉孔，所述第二通道一端内嵌有一中空柱体，所述中空柱体中间部设置有环形凸起，并且形成折弯处，所述中空柱体内部贯通，所述单个中空柱体至少设置有一个径向式密封圈。

进一步的，所述中空柱体另一端设置于第一通道内部，所述折弯处设置有第一径向密封圈和第二径向密封圈。