一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，包括安裝座，所述安裝座為中心設(shè)有定位孔的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，沿圓盤(pán)的一側(cè)對(duì)稱設(shè)有四個(gè)用于安裝激光模組組件的組件基座，激光模組組件鑲裝在所述組件基座中；所述組件基座的一側(cè)設(shè)有通過(guò)隔套與激光模組組件連接的PCB驅(qū)動(dòng)線路板，PCB驅(qū)動(dòng)線路板上設(shè)有連接電源的排線和插頭；激光模組組件經(jīng)頂絲調(diào)整定位并通過(guò)圓盤(pán)狀安裝座端面透孔出射激光束，將激光模組組件出射的激光束經(jīng)正透鏡聚焦為1個(gè)光斑。通過(guò)調(diào)整頂絲調(diào)整，使激光模組組件光斑經(jīng)正透鏡聚焦在60mm處成十字。其設(shè)計(jì)巧妙合理，提高了可靠性和穩(wěn)定性，聚焦后的光斑強(qiáng)度顯著增加，滿足了市場(chǎng)對(duì)小體積高強(qiáng)度激光能量合束器的需求。
【專利說(shuō)明】一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明型屬于光電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及四頭激光指示結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光醫(yī)療以及美容技術(shù)是近年來(lái)高速發(fā)展的行業(yè)，小型化標(biāo)準(zhǔn)封裝的半導(dǎo)體激光 二極管，具有使用溫度范圍寬、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、電一光轉(zhuǎn)換效率高、波長(zhǎng)多樣，單色性好等優(yōu)點(diǎn)， 正在替代傳統(tǒng)的大型氣體或者固體激光器件在醫(yī)療和美容行業(yè)的應(yīng)用。但是，由于半導(dǎo)激 光二極管單管功率相對(duì)較小，在需要較大激光功率的場(chǎng)合不能使用單顆半導(dǎo)激光二極管， 就需要對(duì)多顆半導(dǎo)激光二極管發(fā)出的光束進(jìn)行整合。
[0003] 傳統(tǒng)的整合方式分為兩類，一是對(duì)半導(dǎo)激光二極管發(fā)光晶圓部分進(jìn)行列陣，做出 鈀條類型的激光器件，二是使用光纖耦合系統(tǒng)進(jìn)行多顆半導(dǎo)體激光二極管的光束進(jìn)行耦合 和合束。
[0004] 兩種方法存在以下問(wèn)題：
[0005] 1、晶圓列陣的方式需要精度極高的透鏡列陣來(lái)進(jìn)行光束整合，晶圓列陣的發(fā)熱量 大，工藝稍差就會(huì)影響晶圓壽命，使用上對(duì)散熱有極高的要求；
[0006] 2、光纖耦合方式系統(tǒng)復(fù)雜，合束效率低下，能量傳輸所使用的光纖多為多模光纖， 對(duì)激光光源本身的特性破壞較大，在有些對(duì)光束模式有需求的場(chǎng)合不能使用。
[0007] 3、成本都比較高，無(wú)論是透鏡列陣還是光纖合束系統(tǒng)，所需要的附屬調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和 其本身即為昂貴的，在日漸普及的家用理療行業(yè)，顯然已經(jīng)不具備競(jìng)爭(zhēng)價(jià)值。
[0008] 4、工藝復(fù)雜，幾乎無(wú)法大規(guī)模生產(chǎn)，僅適合于研究機(jī)構(gòu)或者專業(yè)醫(yī)療結(jié)構(gòu)的大型 設(shè)備所使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束結(jié)構(gòu)裝置，結(jié)構(gòu)緊 湊，設(shè)計(jì)巧妙合理，極大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)激光合束裝置的復(fù)雜性；滿足了目前市場(chǎng)對(duì)此類半導(dǎo)體 激光二極管合數(shù)裝置的需求。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0011] 一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，包括安裝座，所述安裝座為中心設(shè) 有定位孔的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，沿圓盤(pán)的一側(cè)對(duì)稱設(shè)有四個(gè)用于安裝激光模組組件的組件基座， 激光模組組件鑲裝在所述組件基座中；所述組件基座的一側(cè)設(shè)有通過(guò)隔套與激光模組組件 連接的PCB驅(qū)動(dòng)線路板，PCB驅(qū)動(dòng)線路板上設(shè)有連接電源的排線和插頭；所述激光模組組件 經(jīng)頂絲調(diào)整定位并通過(guò)圓盤(pán)狀安裝座端面透孔出射激光束，將激光模組組件出射的激光束 經(jīng)正透鏡聚焦為1個(gè)光斑。
[0012] 優(yōu)選地，所述組件基座中設(shè)有鑲裝激光模組組件的安裝孔，設(shè)有凸臺(tái)的激光模組 組件鑲裝到組件基座安裝孔中，并通過(guò)凸臺(tái)與組件基座安裝孔之間的間隙定位，凸臺(tái)外徑 與組件基座安裝孔內(nèi)徑之間的間距為0. 5_。
[0013] 優(yōu)選地，所述組件基座中安裝孔的三個(gè)方向分別設(shè)有鑲裝頂絲的鑲裝槽，三個(gè)鑲 裝槽中相鄰鑲裝槽中心線之間的夾角為100°。
[0014] 優(yōu)選地，所述頂絲接觸在的激光模組組件所設(shè)凸臺(tái)的前部激光模組組件外壁上。
[0015] 優(yōu)選地，所述激光模組組件由鑲裝在激光管座上的半導(dǎo)體激光二極管、設(shè)在半導(dǎo) 體激光二極管外側(cè)的透鏡筒、以及置于半導(dǎo)體激光二極管發(fā)光體前端的非球面透鏡組成， 成為一個(gè)激光發(fā)射基本單元。
[0016] 優(yōu)選地，所述激光模組組件使用小功率808nm激光二極管作為光源，激光二極管 前設(shè)有將激光二極管的發(fā)散光束整形為遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)直光、且50米處激光光斑能夠達(dá)到10mm以 內(nèi)的非球面透鏡。
[0017] 優(yōu)選地，所述PCB驅(qū)動(dòng)線路板采用CN5611型恒流控制芯片，其輸入2. 6?3. 3V電 源電壓，30?800mA的電流。
[0018] 優(yōu)選地，所述正透鏡為焦距60mm，直徑27mm的非球面正透鏡，其光學(xué)有效口徑為 20mm，能將20mm直徑內(nèi)同軸向的光束匯聚于60mm交點(diǎn)處。
[0019] 優(yōu)選地，所述安裝座由金屬鋁材料機(jī)加工而成。
[0020] 優(yōu)選地，所述頂絲鑲裝槽中填充有703硅橡膠。
[0021] 該結(jié)構(gòu)通過(guò)4個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體激光二極管驅(qū)動(dòng)單元來(lái)驅(qū)動(dòng)4顆半導(dǎo)體激光二極 管，把4只獨(dú)立的半導(dǎo)體激光二極管通過(guò)一次準(zhǔn)直，然后通過(guò)平行一同軸調(diào)整結(jié)構(gòu)將4束準(zhǔn) 直光平行，最后通過(guò)一片非球面鏡片將4束平行的準(zhǔn)直光進(jìn)行合束整合，在其光學(xué)交點(diǎn)處 可以得到約為單個(gè)獨(dú)立半導(dǎo)體激光二極管4倍的能量強(qiáng)度的光斑。實(shí)際使用中在軸向前后 調(diào)整鏡片的位置，可以精確調(diào)整光斑位置，達(dá)到了對(duì)多顆獨(dú)立半導(dǎo)體激光二極管的光束進(jìn) 行合束；其結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)巧妙合理，極大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)激光合束裝置的復(fù)雜性；滿足了目前 市場(chǎng)對(duì)此類半導(dǎo)體激光二極管合數(shù)裝置的需求。
[0022] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 1、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，裝配簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。
[0024] 2、本發(fā)明將標(biāo)準(zhǔn)化的半導(dǎo)體激光二極管進(jìn)行兩次光學(xué)精準(zhǔn)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)將多顆半導(dǎo) 體激光二極管進(jìn)行能量合束的功能。
[0025] 3、本發(fā)明直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)加工結(jié)構(gòu)和非球面透鏡，替代了傳統(tǒng)光學(xué)合束的透 鏡列陣、多模光纖束、光纖耦合準(zhǔn)直聚焦透鏡、耦合調(diào)整機(jī)構(gòu)等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，由此簡(jiǎn)化了工 藝。
[0026] 4、本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)成本低，降低了傳統(tǒng)光學(xué)能量合束方法的復(fù)雜程度，生產(chǎn)工藝流 程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng)，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：
[0028] 圖1為本發(fā)明發(fā)光原理使用示意圖。
[0029] 圖2為四頭激光能量合束器結(jié)構(gòu)不意圖。
[0030] 圖3為四頭激光能量合束器模組安裝示意圖。
[0031] 圖4為模組示意圖。
[0032] 圖5為激光模組組件示意圖。
[0033] 圖6為四頭激光指示PCB驅(qū)動(dòng)線路板示意圖。
[0034] 圖7為四頭激光指示爆炸示意圖。
[0035] 圖8為未經(jīng)正透鏡聚焦合成前的808nm光斑示意圖。
[0036] 圖中：1_安裝座；1-1-組件基座；2-頂絲；3-激光模組組件；3-1-凸臺(tái)；4-隔套； 5-PCB驅(qū)動(dòng)線路板；5-1-功率調(diào)整電位器；5-2-恒流控制芯片；5-3-LD管腳；6-排線；7-插 頭；8-正透鏡；9-未經(jīng)正透鏡聚焦合成前光斑示意。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面將結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例 以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0038] 如圖1、圖2和圖3所示，該分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，包括安裝座 1，結(jié)合圖4所示，安裝座1為中心設(shè)有定位孔的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，沿圓盤(pán)的一側(cè)對(duì)稱設(shè)有四個(gè)用 于安裝激光模組組件3的組件基座1-1，組件基座1-1前部開(kāi)口，激光模組組件3鑲裝在組 件基座1-1中并通過(guò)圓盤(pán)狀安裝座1端面透孔出射激光束；激光模組組件3鑲裝在組件基 座中并通過(guò)頂絲2調(diào)整定位，將激光模組組件3出射的激光束經(jīng)正透鏡8聚焦為1個(gè)光斑。 正透鏡8為焦距60mm，直徑27mm的非球面正透鏡，其光學(xué)有效口徑為20mm，能將20mm直徑 內(nèi)同軸向的光束匯聚于60mm交點(diǎn)處。
[0039] 所述安裝座1的一側(cè)設(shè)有通過(guò)隔套4連接的PCB驅(qū)動(dòng)線路板5,PCB驅(qū)動(dòng)線路板5 上設(shè)有連接電源的排線6和插頭7 ;組件基座中設(shè)有鑲裝激光模組組件3的安裝孔，組件基 座1-1中設(shè)有鑲裝激光模組組件3的安裝孔，設(shè)有凸臺(tái)3-1的激光模組組件3鑲裝到組件 基座1-1安裝孔中，并通過(guò)凸臺(tái)3-1與組件基座1-1安裝孔之間的間隙定位，凸臺(tái)3-1外徑 與組件基座1-1安裝孔內(nèi)徑之間的間距為0. 5mm。頂絲2接觸在的激光模組組件3所設(shè)凸 臺(tái)3-1的前部激光模組組件3外壁上。
[0040] 本實(shí)施例采用Φ 7激光模組組件上設(shè)有Φ 7. 5*0. 5的凸臺(tái)，將Φ 7模組組件組裝 到Φ7. 5裝配孔中，依靠凸臺(tái)進(jìn)行間隙定位，調(diào)整角度為3. 5度。然后在安裝孔的孔徑大于 激光模組組件外徑〇. 5mm范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。
[0041] 如圖4所示，組件基座1-1中的外側(cè)、左側(cè)和右側(cè)分別設(shè)有鑲裝頂絲2的鑲裝槽， 三個(gè)鑲裝槽中相鄰鑲裝槽中心線之間的夾角為100°。
[0042] 如圖5所示，激光模組組件3由鑲裝在激光管座上的半導(dǎo)體激光二極管、設(shè)在半導(dǎo) 體激光二極管外側(cè)的透鏡筒、以及置于半導(dǎo)體激光二極管發(fā)光體前端的非球面透鏡組成， 成為一個(gè)激光發(fā)射基本單元，本裝置共有4個(gè)相同的激光模組。激光模組組件3使用小功 率808nm激光二極管作為光源，激光二極管前設(shè)有將激光二極管的發(fā)散光束整形為遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn) 直光、且50米處激光光斑可達(dá)到10mm以內(nèi)的非球面透鏡。
[0043] 如圖6所示，PCB驅(qū)動(dòng)線路板5采用四個(gè)對(duì)稱分布的CN5611型恒流控制芯片5-2， 其輸入2. 6?3. 3V電源電壓，30?800mA的電流。在各CN5611型恒流控制芯片5-2側(cè)設(shè) 有一功率調(diào)整電位器5-1，在PCB驅(qū)動(dòng)線路板5上設(shè)有四個(gè)LD管腳5-3。PCB驅(qū)動(dòng)線路板用 兩個(gè)隔套分別將二極管管腳于PCB驅(qū)動(dòng)線路板焊接，電源插頭通過(guò)26AWG紅黑排線于線路 板焊接。安裝座1由金屬鋁材料機(jī)加工而成。
[0044] 圖7所示，為本發(fā)明裝置安裝立體結(jié)構(gòu)示意圖，4個(gè)相同的激光模組組件3鑲裝在 安裝座1的組件基座1-1中，用3個(gè)頂絲2依次從3個(gè)方向調(diào)整，在激光模組組件3鑲裝的 組件基座1-1前端部開(kāi)有四個(gè)對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔，該四個(gè)開(kāi)孔與激光模組組件3前部出光孔相對(duì) 應(yīng)。
[0045] 如圖8所示，為四頭激光器通電后未經(jīng)正透鏡聚焦合成前的808nm光斑示意。圖 中9為未經(jīng)正透鏡聚焦合成前光斑示意。
[0046] 工作時(shí)，將激光模組組件3鑲裝進(jìn)安裝座1的組件基座1-1中，依次將PCB5、電源 插頭7接通電源，PCB驅(qū)動(dòng)線路板5將4個(gè)模組通過(guò)兩個(gè)隔套4分別與二極管焊接，電源插 座接于26AWG紅黑排線焊接于PCB驅(qū)動(dòng)線路板上。借輔助激光模組將調(diào)制好的4個(gè)激光模 組組件3用3個(gè)M2*2頂絲2依次從3個(gè)方向（夾角100°處）調(diào)整，通過(guò)激光模組組件3 所設(shè)凸臺(tái)3-1與組件基座1-1內(nèi)壁的接觸調(diào)整角度為3. 5度。通過(guò)頂絲2在三個(gè)角度的微 調(diào)整，將激光模組組件3各出射的激光束調(diào)整為平行光束并經(jīng)正透鏡8聚焦，將激光束匯聚 在60_交點(diǎn)處，將光斑調(diào)整均勻后鎖緊并滴入703硅橡膠。然后四頭激光能量合束器借助 于正透鏡8將調(diào)制均勻的4束光在遠(yuǎn)處聚焦為一個(gè)光斑。
[0047] 以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例 對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的原理以及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只適用于幫助理解本 發(fā)明實(shí)施例的原理；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)發(fā)明實(shí)施例，在【具體實(shí)施方式】 以及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1. 一種分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，包括安裝座（1)，其特征在于：所述安 裝座（1)為中心設(shè)有定位孔的圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，沿圓盤(pán)的一側(cè)對(duì)稱設(shè)有四個(gè)用于安裝激光模組 組件的組件基座（1-1)，激光模組組件（3)鑲裝在所述組件基座（1-1)中；所述組件基座 (1-1)的一側(cè)設(shè)有通過(guò)隔套⑷與激光模組組件⑶連接的PCB驅(qū)動(dòng)線路板（5)，PCB驅(qū)動(dòng) 線路板（5)上設(shè)有連接電源的排線（6)和插頭（7);所述激光模組組件（3)經(jīng)頂絲（2)調(diào) 整定位并通過(guò)圓盤(pán)狀安裝座（1)端面透孔出射激光束，將激光模組組件（3)出射的激光束 經(jīng)正透鏡（8)聚焦為1個(gè)光斑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 組件基座（1-1)中設(shè)有鑲裝激光模組組件（3)的安裝孔，設(shè)有凸臺(tái)（3-1)的激光模組組件 (3)鑲裝到組件基座（1-1)安裝孔中，并通過(guò)凸臺(tái)（3-1)與組件基座（1-1)安裝孔之間的間 隙定位，凸臺(tái)（3-1)外徑與組件基座（1-1)安裝孔內(nèi)徑之間的間距為0.5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 組件基座（1-1)中安裝孔的三個(gè)方向分別設(shè)有鑲裝頂絲（2)的鑲裝槽，三個(gè)鑲裝槽中相鄰 鑲裝槽中心線之間的夾角為100°。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于： 所述頂絲（2)接觸在的激光模組組件（3)所設(shè)凸臺(tái)（3-1)的前部激光模組組件（3)外壁上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 激光模組組件（3)由鑲裝在激光管座上的半導(dǎo)體激光二極管、設(shè)在半導(dǎo)體激光二極管外側(cè) 的透鏡筒、以及置于半導(dǎo)體激光二極管發(fā)光體前端的非球面透鏡組成，成為一個(gè)激光發(fā)射 基本單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 激光模組組件（3)使用小功率808nm激光二極管作為光源，激光二極管前設(shè)有將激光二極 管的發(fā)散光束整形為遠(yuǎn)場(chǎng)準(zhǔn)直光、且50米處激光光斑能夠達(dá)到10mm以內(nèi)的非球面透鏡。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 PCB驅(qū)動(dòng)線路板（5)采用CN5611型恒流控制芯片，其輸入2. 6?3. 3V電源電壓，30?800mA 的電流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 正透鏡（8)為焦距60mm，直徑27mm的非球面正透鏡，其光學(xué)有效口徑為20mm，能將20mm直 徑內(nèi)同軸向的光束匯聚于60mm交點(diǎn)處。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 安裝座（1)由金屬鋁材料機(jī)加工而成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分體式半導(dǎo)體激光二極管能量合束裝置，其特征在于：所述 頂絲鑲裝槽中填充有703硅橡膠。
【文檔編號(hào)】H01S5/40GK104104013SQ201410387104
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】吳彥林 申請(qǐng)人:西安精英光電技術(shù)有限公司