專利名稱：可深度冷卻的半導體激光器裝置及其密封裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體激光器的密封裝置，還涉及使用該密封裝置的半導體激光器裝置。
背景技術：
半導體激光管受其原理的制約，其出射激光的波長只能在某一很小的范圍內變 化，而且主要受溫度來調制。通過調節(jié)溫度，可以使其波長最多變化十幾nm，一般而言，平均 溫度降低5度，波長降低lnm。商業(yè)激光管并非是所有波長都可得到，只包含分立的幾個波 長，如 405nm、642nm、650nm、658nm、670nm、785nm、808nm、830nm 等。如果需要某一特定波長， 往往需要降溫或者是升溫，但是大部分激光管能承受的最高溫度不超過70度，而且溫度越 高，壽命就越短，所以一般都選擇高于所需波長的激光管，然后降溫獲得。下面舉例說明為何需要深冷激光器。200mW的808nm激光管很便宜，但200mW的 795nm激光管則沒有，商業(yè)可得到的795nm激光管，只有不到50mW，為了得到大功率的795nm 激光管，我們可以購買200mW的808nm激光管，然后對808nm的激光管進行深冷，大概需要 冷卻到零下30度，這樣一來，就可以用很低的成本得到200mW的795nm的激光管。常識及大量的實驗告訴我們，溫度只要到攝氏5度以下，物體表面就會結露，對于 激光管而言，結露就意味著短路，其工作狀態(tài)當然會不正常。冷卻到5度以下就會結露，更 何況是冷卻到零下30度。而且在大氣壓下冷卻到零下30度是非常困難的，即使能夠勉強 冷卻(如采用水冷)到零下30度，因為空氣流動，其溫度漂移會變得明顯，從而造成激光管 波長的漂移。對于需要激光穩(wěn)頻的情況，溫度漂移的穩(wěn)定度需要在0. 01度以下。通過以上描述，可以知道對于特定的應用(特殊波長的穩(wěn)頻)，我們需要深度冷 卻，且要保證溫度控制的低溫漂。但是，現有的半導體激光器的密封裝置存在冷卻能力差、 溫漂高、易結露的問題。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以抽真空的半導體激光器密封裝置，從而具 有冷卻能力強、溫漂小、不易結露的優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述密封裝置密封的半導體激光器裝置。本發(fā)明提供了一種半導體激光器的密封裝置，包括真空帽，具有向外延伸的下邊 沿，下邊沿的下方具有一個凹槽，凹槽中塞有密封圈；基座，與真空帽一起圍成真空腔。上述密封裝置中，真空帽上具有真空接口、插頭座孔和出光管，出光管的末端具有 出光口，真空帽側壁下邊沿上具有多個穿孔，基座上表面具有多個與所述穿孔對應的螺孔， 螺絲穿過穿孔擰入螺孔中，使真空帽與基座固定連接，且密封圈被壓在真空帽這基座中間。進一步地，所述出光口所在的平面與水平方向所成的夾角為布儒斯特角。本發(fā)明還提供了一種利用上述密封裝置密封的半導體激光器裝置，包括基座； 基座上的致冷裝置；基座上的激光發(fā)射裝置；測溫裝置；真空帽；真空帽插頭座孔中的真空插頭座。其中基座與真空帽形成真空腔，致冷裝置、激光發(fā)射裝置和測溫裝置位于真空腔 中。本發(fā)明可形成密封良好的真空腔，因此可防止低溫下在激光管表面結露，且能夠 使溫度降得更低，從而可以大范圍改變激光管波長，另外密封裝置提供的真空環(huán)境可有效 避免溫度漂移，還可以隔塵，從而延長激光管的壽命。


以下參照附圖對本發(fā)明實施例作進一步說明，其中圖1是根據本發(fā)明一個實施例的結構示意圖。圖2是根據本發(fā)明一個實施例的真空帽的立體結構示意圖。圖3是根據本發(fā)明一個實施例的真空帽的結構示意圖(俯視圖)。圖如是圖3所示的真空帽沿A-A線的剖面示意圖。圖4b是圖如中A部分的放大示意圖。圖5是根據本發(fā)明一個實施例的真空帽的實物圖(俯視圖)。圖6是根據本發(fā)明一個實施例的真空帽的實物圖(側視圖)。圖7是根據本發(fā)明一個實施例的基座的立體結構示意圖。圖8是根據本發(fā)明一個實施例的基座的側面示意圖。圖9是激光發(fā)射裝置放置在基座上的示意圖(正視圖)。圖10是激光發(fā)射裝置放置在基座上的示意圖(側視圖)。圖11是激光發(fā)射裝置放置在基座上的示意圖(俯視圖)。圖中各數字所代表的內容為100、真空帽；101、真空帽頂部；102、真空帽側壁； 103、側壁下邊沿；104、密封圈；105、真空腔；106、真空接口 ；107、出光管；108、出光口 ； 109、載波片；110、插頭座孔；111、穿孔；200、基座；201、基座臺；202、基座邊沿；203、固 定孔；204、螺孔；300、激光；301、激光準直器；302、激光準直器底座；303、半導體致冷片； 304、測溫孔
具體實施例方式根據本發(fā)明的一個實施例的半導體激光器的密封裝置，如圖1所示，包括真空帽 100和基座200兩部分，真空帽100與基座200相結合可圍成一個密閉腔體，通過對該密閉 腔體抽真空，使密閉腔體中的半導體激光器處于真空環(huán)境中，該密閉腔體中還具有冷卻裝 置和電連接裝置，從而為半導體激光器提供低溫環(huán)境和工作電流。下面詳細描述該密封裝 置的具體結構。其中真空帽100的結構如圖2所示，包括真空帽頂部101和真空帽側壁102，其中 真空帽頂部101呈圓形，其結合在筒狀的真空帽側壁102上，真空帽頂部101上具有真空接 口 106和插頭座孔110。真空帽側壁102下方具有向外延伸的環(huán)狀下邊沿103，下邊沿103 沿其圓周均勻分布有4個穿孔111，真空帽側壁102上具有向外延伸的出光管107，出光管 的末端為出光口 108，出光口上貼有潔凈的載波片109，出光口所在的平面與水平方向所成 的夾角為布儒斯特角。真空帽的俯視圖如圖3所示。真空帽的剖面圖如圖如所示，真空帽 側壁下邊沿103的下方具有一個凹槽，凹槽中塞有密封圈104 (如圖4b所示)，其中在真空帽與基座相結合時，該密封圈與基座表面相接觸，因此真空帽、密封圈和基座一起形成密封 性良好的真空腔105。為了更容易理解本發(fā)明所描述的真空帽的結構，圖5、圖6示出了真 空帽的一個實物圖，該實物圖只是根據本發(fā)明實施例的其中一種結構，而不應被理解為對 本發(fā)明真空帽結構的限定。其中基座201的結構如圖7所示，包括圓柱狀的基臺201和環(huán)形的基座邊沿202。 其中基臺201的上表面沿其圓周具有四個與穿孔111相對應的螺孔204?；呇?02上 沿其圓周均勻分布有四個固定孔203，用于將基座固定于光學平臺上，固定孔203為階梯狀 (如圖8所示)。使用前，將激光發(fā)射裝置安裝在基座上，各部件之間的位置關系如圖9所示，將基 座200的上表面上涂覆導熱硅脂，并在導熱硅脂上放置半導體致冷片303，在半導體致冷片 303上方涂覆導熱硅脂，然后半導體致冷片303上方放置激光準直器底座302，激光準直器 底座302的圓孔中已預先安裝好激光準直器301，激光準直器中已預先裝好激光管及準直 用的非球面透鏡。圖10是圖9所示裝置的側視圖，如圖10所示，激光準直器底座302靠近 激光管的位置挖有一個測溫孔304 (如圖11所示)，用于放置熱敏電阻，并用導熱硅膠填埋。 圖11是圖9所示裝置的俯視圖。將半導體致冷片、激光準直器底座、激光準直器按上述位 置關系放置后，調整激光管的出光方向，使其可通過真空帽的出光口射出。使用時，用特氟龍電線將激光管、熱敏電阻、半導體致冷片的電氣連接線接到真空 帽的真空插頭座上(真空插頭座預先安裝在真空帽的插頭座孔110中)。然后將真空帽 100放置于基座200上(如圖1所示)，罩住激光準直器底座，并使穿孔111與螺孔204對 齊，并用四個螺絲穿過穿孔擰入螺孔中，從而將真空帽固定在基座上，此時密封圈被壓緊在 真空帽和基座之間。通過三通將真空接口與真空泵連接起來，抽真空至10-1帕左右，用真 空閥門關上真空接口，并停止真空泵。通過這種方式，使激光管處于真空的環(huán)境中。用四位 電纜線將真空插頭與外部控制電路和電源連接起來，從而控制半導體致冷片的溫度，并為 激光管提供電流。對上述半導體激光器的密封裝置抽真空后，在大氣壓力的作用下，真空帽與基座 之間的密封圈被進一步壓緊，從而通過密封圈使真空帽和基座緊密連接在一起，形成密封 良好的真空腔，因此可防止低溫下在激光管表面結露，且能夠使溫度降得更低，可冷卻到零 下30攝氏度以下，從而可以大范圍改變激光管波長，另外密封裝置提供的真空環(huán)境可有效 避免溫度漂移，還可以隔塵，從而延長激光管的壽命。由于出光口與水平方向所成的夾角為布儒斯特角，使從激光管出來的線偏光的透 過率能達到98%以上。在調節(jié)激光模式的時候，打開真空帽后，激光器暴露于基座上，沒有任何遮擋，易 于調節(jié)，尤其是對外腔穩(wěn)頻型的激光來說，有非常好的調節(jié)空間。本發(fā)明的激光器密封裝置雖具備抽真空的能力，但體型小巧，可靈活的置于光學 平臺上使用。根據本發(fā)明的又一個實施例，激光器密封裝置的真空帽可由標準尺寸的鋼管圓筒 加工而成，基座可由標準尺寸的鋁棒加工而成，從加工的工作量看，比加工成長方體或者長 方形的腔，工藝簡單，效率高。根據本發(fā)明的又一個實施例，激光器密封裝置中，真空帽頂部、真空帽側壁和側壁下邊沿可通過焊接結合在一起，也可以通過澆鑄等方法使真空帽形成為一體。真空帽也可 以由其他金屬制成?；部梢杂射X塊或其他金屬塊、金屬棒制成。根據本發(fā)明的又一個實施例，激光器密封裝置的真空帽和基座也可以為其他形 狀，例如為矩形，只要真空帽和基座可以圍成一個密閉腔體即可，其中密封圈可以是橡膠 環(huán)。本發(fā)明提供的激光器密封裝置可用于科研用的鎖頻激光、注入鎖定的從激光、外 腔穩(wěn)頻式激光器等。例如，在做銣85原子實驗時，要用到銣85的Dl線躍遷，Dl線的波長為795nm，且 激光功率需要比較高，但市場上可獲取的激光管都遠離該波長，而200mW的808nm激光管可 以很容易很廉價的得到。于是，將200mW的808nm激光管降溫到零下28度，即可得到200mW 的良好模式的795nm激光。又例如，在做鉀39原子實驗時，要用到鉀39的D2線躍遷，D2線的波長為767nm， 同樣的激光功率需要比較高，但市場上可獲取的激光管都遠離該波長，而200mW的780nm激 光管可以很容易很廉價的得到。于是將200mW的780nm激光管降溫到零下30度，即可得到 200mff的良好模式的767nm激光。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參 照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方 案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明 的權利要求范圍當中。
權利要求
1.半導體激光器的密封裝置，其特征在于包括真空帽，具有向外延伸的下邊沿，下邊沿的下方具有一個凹槽，凹槽中塞有密封圈； 基座，通過密封圈與真空帽相接觸，基座與真空帽一起圍成真空腔。
2.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述真空帽由圓形頂部和筒狀側壁 構成，所述下邊沿為環(huán)形，位于側壁下方。
3.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述真空帽上具有出光管，出光管的 末端具有出光口，出光口所在的平面與水平方向所成的夾角為布儒斯特角。
4.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述真空帽具有真空接口和插頭座孔。
5.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述基座由基臺和基座邊沿構成。
6.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述基臺為圓柱狀，所述基座邊沿為 環(huán)狀，基座邊沿上具有多個階梯狀的固定孔。
7.根據權利要求1所述的密封裝置，其特征在于，所述真空帽下邊沿上具有多個穿孔， 基座上表面具有多個與穿孔對應的螺孔，將螺絲穿過穿孔擰入螺孔中，使真空帽與基座固 定連接。
8.激光器裝置，包括如權利要求1至7所述的任一密封裝置，所述激光器裝置包括 致冷裝置；激光發(fā)射裝置； 測溫裝置；真空插頭座，位于真空帽插頭座孔中，其中致冷裝置、激光發(fā)射裝置和測溫裝置位于所 述真空腔中。
9.根據權利要求8所述的激光器裝置，其特征在于，激光發(fā)射裝置包括激光準直器底 座、激光準直器、激光管和非球面透鏡。
10.根據權利要求8所述的激光器裝置，其特征在于，所述致冷裝置為半導體致冷片， 所述測溫裝置為熱敏電阻。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導體激光器的密封裝置，包括真空帽，由頂部和側壁構成，真空帽頂部上具有真空接口和插頭座孔，真空帽側壁下方具有向外延伸的下邊沿，下邊沿的下方具有一個凹槽，凹槽中塞有密封圈，真空帽側壁上具有向外延伸的出光管，出光管的末端為出光口；基座，由基臺和基座邊沿構成，其中真空帽和基座可圍成真空腔。本發(fā)明可形成密封良好的真空腔，防止低溫下在激光管表面結露，能夠使溫度降得更低，有效避免溫度漂移。本發(fā)明還提供了一種利用上述密封裝置密封的激光器裝置。
文檔編號H01S5/022GK102055132SQ20101057038
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權日2010年11月26日
發(fā)明者曹強, 王如泉, 羅鑫宇 申請人:中國科學院物理研究所