[发明专利]整体制冷能工作在零摄氏度以下的半导体激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器技术领域，尤其涉及一种整体制冷能工作在零摄氏度以下的半导体激光装置。

背景技术

半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器，在上世纪六七十年代被发明并且实现室温下连续输出；因其结构简单、体积小、寿命长和成本低等优势，被广泛用于激光通信、光存储、激光测距以及激光雷达等方面。根据其使用的半导体材料，目前半导体激光器的工作波长已经从392nm到1630nm范围，但并不是其间所有工作波长都可以覆盖。

半导体激光管的发光波长随温度变化约0.2nm／℃，因此室温下半导体激光器经常通过控制半导体激光管的温度来找到合适的工作点。目前，即使通过调节温度来找到合适的工作点，其波长调节范围也较小，约为0.01nm的量级。 而根据半导体激光管的温度特性，可以通过降低半导体工作的温度，来调节半导体激光管的增益中心，当将温度降到零度以下时，其增益中心能够移动约5nm，可以大大增加目前半导体激光器可以达到的工作波长。因此，研究一种工作在低温（相对于室温）甚至在零摄氏度以下的半导体激光器，对获得室温工作下半导体激光器所无法达到的工作波长有着重要的意义。

目前一般半导体激光器给出的工作波长以及其它参数大部分都是室温工作下的参数，并且温控装置只对半导体激光管出光部分进行温度控制，使得半导体激光器只能在室温范围内（20℃≤T≤30℃）内可以很好地工作。半导体激光管在室温附近，温度每升高1℃，半导体激光管的发光强度会相应地减少约1%。即使对半导体激光管进行持续制冷，在低于室温范围时，由半导体激光管与光栅形成的外腔，由于温度差，使得半导体激光器工作极其不稳，尤其当温度达到结露点时，半导体激光器内部会产生凝结水，使半导体激光器无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是针对现有半导体激光器在低温工作下存在的缺点和不足，提供一种整体制冷能工作在零摄氏度以下的半导体激光装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

具体地说，本装置包括设置在激光器外壳内的激光管底座、半导体激光管、光栅、压电陶瓷、第1螺丝、第2螺丝、光栅底座、第1半导体制冷片、第2半导体制冷片和水冷头；

在铜水冷头的上面并列设置有第1半导体制冷片和第2半导体制冷片，在第1半导体制冷片和第2半导体制冷片的上面设置有激光管底座；

在激光管底座的左侧壁中孔设置有半导体激光管，在激光管底座的上面设置有光栅底座；在光栅底座的左侧面设置有光栅，在光栅底座的上竖孔设置有第1螺丝，在光栅底座内横孔的左、右端分别设置有压电陶瓷和第2螺丝；

激光器外壳右侧壁中孔设置有橡胶软管，橡胶软管右端连接有氮气瓶。

本发明的技术特征及优点如下：

①利用功率较大的半导体制冷片对本装置的主体进行整体制冷，半导体制冷片产生的热量通过水冷头带走，以维持制冷效果将半导体激光管、光栅和光栅底座的温度都可以降到零摄氏度以下。

②在激光器外壳内部通干燥氮气，尽量驱除水蒸汽，使激光器外壳内温度即使在结露点以下，本装置依然能够正常工作。

总之，本装置在不改变常温半导体激光器的基本机械结构，采用整体制冷、水冷散热以及通干燥气体的方式使激光器正常工作在低温下，使半导体激光管的工作波长移动达5nm，可行性强。

附图说明

图1是本装置的结构示意图；

图2是激光管底座1的结构示意图；

图3是光栅底座6的结构示意图；

图4是水冷头8的结构示意图；

图5是激光器外壳9的结构示意图。

图中：

1—激光管底座，1a—圆孔，1b—第1横槽，1c—上横板，1d—下横板；

2—半导体激光管；

3—光栅；

4—压电陶瓷

5a—第1螺丝，5b—第2螺丝；

6—光栅底座，6a—上竖孔，6b—内横孔，6c—竖槽，6d—第2横槽；

7a—第1半导体制冷片，7b—第2半导体制冷片；

8—水冷头，8a—基板，8b—四排散热片，8c—两个宝塔接头；

9—激光器外壳，9a—铝腔体，9b—三个串口线形状孔，9c—横孔，

9d—大横孔，9e—两个小横孔；

10—橡胶软管；

11—氮气瓶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

一、总体