【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及大功率半导体激光器设计，更具体地说，涉及一种圆形光束输出的大功率半导体激光器。
技术介绍
1、在散热方面，传统的大功率半导体激光器设计主要依赖单一热沉、风冷或热电制冷(tec)技术。热沉通常采用高导热材料直接将热量传导至外部，但散热方向单一，效率受限；风冷依赖外部气流带走热量，但容易受到环境温度和风量的限制，难以满足高功率激光器的需求；而tec虽然能主动制冷，但其效率随着功率提升而降低，同时带来高成本和高能耗。
2、在光学准直上，传统方法通常采用单个球面或柱面透镜来校正光束发散，但难以对大发散角的光束进行有效准直，或者通过光纤耦合实现准直，但需要极高的对准精度且耦合效率低。
3、在机械结构方面，传统激光器装配多采用单一螺钉固定或点胶粘接，结构简单但容易受机械振动和热膨胀的影响，导致光学准直失效，同时复杂的手动装配和固定方式增加了误差和维护难度。
4、此外，传统封装设计多为一体化，扩展性较差，难以适应快速发展的应用需求。
技术实现思路
1、有鉴于此，针对以上情况，本专利技术提出了一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，通过引入微通道冷却技术、模块化光学组件设计、精密机械装配和优化电气连接，不仅有效解决了散热、光束准直和机械稳定性等问题，还提升了系统的可靠性和扩展性，体现了光电子、热管理、机械、材料科学和系统集成等多学科技术的协同应用。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种圆形光束输出的大功率
4、第一层结构包括半导体激光器模组、半导体激光器模组装配底座以及设于半导体激光器模组装配底座上方的第一层外壳，半导体激光器模组固定在半导体激光器模组装配底座的上表面，并由n个相同的半导体激光器模块组成，n个半导体激光器模块之间相电连并整体呈环形排列；半导体激光器模组装配底座的底端设置两个电极，这两个电极与其中任意一个半导体激光器模块的正负极分别对应连接，为整个器件提供电源；
5、第二层结构包括凹透镜外壳，凹透镜外壳内部设有凹透镜平台，双面凹光学透镜放置于凹透镜平台上；
6、第三层结构包括凹透镜与凸透镜中间外壳以及设于凹透镜与凸透镜中间外壳上方的凸透镜外壳，凹透镜与凸透镜中间外壳上设有用以限制双面凹光学透镜移动的锁紧扣一；凸透镜外壳内部设有凸透镜平台，双面凸光学透镜放置于凸透镜平台上，凸透镜外壳上设有用以限制双面凸光学透镜移动的锁紧扣二，凸透镜外壳的上部安装有平面透镜。
7、优选地，第一层结构、第二层结构、第三层结构边缘处的相对两侧均开设有连接孔洞，两根第一长螺丝依次穿过三层结构中上下对应的两组连接孔洞，并在底部锁紧对应的长螺丝配套螺母，以完成对三层结构的装配连接。
8、优选地，半导体激光器模块安装于半导体激光器固定底座上；将半导体激光器模块远离半导体激光器模组装配底座中心的一侧定义为下侧，则半导体激光器模块的下侧两边区域分别为两个键合区，穿过半导体激光器固定底座的电极上的电能够导入两个键合区；半导体激光器模块的左右两侧及上侧共分布着n个无氧铜热沉、n-1个隔离绝缘区，无氧铜热沉与隔离绝缘区按照间隔排列，半导体激光器模块上设有与无氧铜热沉一一对应的n个半导体激光器，每一半导体激光器分别通过铅锡焊料连接固定到对应的无氧铜热沉上，铅锡焊料所在的区域为铅锡焊料区域，铅锡焊料区域位于整个无氧铜热沉上。
9、优选地，半导体激光器模块上还设有连接金线和键合区金线；
10、连接金线由键合区正极导入第一个铅锡焊料区域，第一个铅锡焊料区域上对应的第一个半导体激光器的正极通过连接金线连接第二个铅锡焊料区域，然后连接至第一个半导体激光器的负极，连接一圈后，最后一个半导体激光器的正极连接至键合区负极，完成单一半导体激光器模块的内部电气连接；
11、在半导体激光器模块与导体激光器模组装配底座安装固定好后，将键合区金线由第一个半导体激光器模块的键合区正极连接至下一个半导体激光器模块的键合区负极，连接一圈后，最后一个半导体激光器模块的键合区正极连接至第一个半导体激光器模块的键合区负极，完成n个半导体激光器模块之间的电气连接。
12、优选地，半导体激光器模块的内部设有激光器模块冷却液微通道，激光器模块冷却液微通道的两端口分别为半导体激光器模块的冷却液进口和半导体激光器模块的冷却液出口，半导体激光器模块的冷却液进出口位于半导体激光器模块下侧的外端面上且对称开设；半导体激光器模组装配底座的内部设有将数个激光器模块冷却液微通道形成串联的模组装配底座冷却液微通道，模组装配底座冷却液微通道的两端口分别为模组装配底座冷却液进口和模组装配底座冷却液出口，模组装配底座冷却液进出口开设于半导体激光器模组装配底座的侧壁上，并与外部的冷却液提供装置相连。
13、优选地，两个键合区的中间位置及其下方半导体激光器固定底座上整体开设有安装孔洞一，半导体激光器模组装配底座上开设有对应的安装孔洞二，两根第二长螺丝分别穿过上下对应的安装孔洞一、安装孔洞二，将半导体激光器模块及半导体激光器固定底座整体安装于半导体激光器模组装配底座上；第二长螺丝由铜材料制作而成。
14、优选地，选择其中一个半导体激光器模组上的两根第二长螺丝对其进行加长以作为电极使用，并将半导体激光器模组装配底座上对应该半导体激光器模组开设的安装孔洞二打通，则电极能够由外沿打通的安装孔洞二插入安装孔洞一，实现与半导体激光器模块的电气连接。
15、优选地，半导体激光器模块中的半导体激光器选择包括gaas、i np、gan半导体材料的激光器进行模块化设计；无氧铜热沉与隔离绝缘区也根据需求进行模块化设计，并均通过高性能导热胶粘附在半导体激光器固定底座上。
16、优选地，凹透镜与凸透镜中间外壳根据凹透镜与凸透镜之间的焦距长度要求进行更换，并进行模块化设计。
17、优选地，平面透镜的边缘一圈通过导热双面胶贴合在凸透镜外壳的上端口内。
18、相较于现有技术，本专利技术一种圆形光束输出的大功率半导体激光器具有以下有益效果：
19、(1)、在光学准直方面，本专利技术引入双面凹的凹透镜和双面凸的凸透镜组合，通过模块化外壳和锁紧扣固定实现精准且稳定的光学对准，克服了传统单透镜校正有限、光纤耦合复杂的缺点。
20、(2)、本专利技术通过微通道冷却技术显著提升了散热效率，冷却液在模块内的多方向流通弥补了传统热沉单向导热的不足，同时避免了风冷效率低下和tec成本高的问题。
21、(3)、本专利技术的机械结构设计采用分层模块化方式，将散热、光学校准和光束整形功能分离，通过螺丝与锁紧扣结合提高了整体装配的效率与稳定性，同时显著增强了系统的抗机械振动能力，避免了传统固定方式易松动的问题。
22、(4)、本专利技术的模块化和标准化的设计进一步增强了系统的可靠性和扩展性，使得设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，包括由下至上依次排布的第一层结构、第二层结构、第三层结构，且三层结构整体装配连接在一起；
2.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，第一层结构、第二层结构、第三层结构边缘处的相对两侧均开设有连接孔洞，两根第一长螺丝依次穿过三层结构中上下对应的两组连接孔洞，并在底部锁紧对应的长螺丝配套螺母，以完成对三层结构的装配连接。
3.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块安装于半导体激光器固定底座上；将半导体激光器模块远离半导体激光器模组装配底座中心的一侧定义为下侧，则半导体激光器模块的下侧两边区域分别为两个键合区，穿过半导体激光器固定底座的电极上的电能够导入两个键合区；半导体激光器模块的左右两侧及上侧共分布着N个无氧铜热沉、N-1个隔离绝缘区，无氧铜热沉与隔离绝缘区按照间隔排列，半导体激光器模块上设有与无氧铜热沉一一对应的N个半导体激光器，每一半导体激光器分别通过铅锡焊料连接固定到对应的无氧铜热沉上，铅锡焊料所在的区域为铅锡焊料区域，
4.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块上还设有连接金线和键合区金线；
5.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块的内部设有激光器模块冷却液微通道，激光器模块冷却液微通道的两端口分别为半导体激光器模块的冷却液进口和半导体激光器模块的冷却液出口，半导体激光器模块的冷却液进出口位于半导体激光器模块下侧的外端面上且对称开设；半导体激光器模组装配底座的内部设有将数个激光器模块冷却液微通道形成串联的模组装配底座冷却液微通道，模组装配底座冷却液微通道的两端口分别为模组装配底座冷却液进口和模组装配底座冷却液出口，模组装配底座冷却液进出口开设于半导体激光器模组装配底座的侧壁上，并与外部的冷却液提供装置相连。
6.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，两个键合区的中间位置及其下方半导体激光器固定底座上整体开设有安装孔洞一，半导体激光器模组装配底座上开设有对应的安装孔洞二，两根第二长螺丝分别穿过上下对应的安装孔洞一、安装孔洞二，将半导体激光器模块及半导体激光器固定底座整体安装于半导体激光器模组装配底座上；第二长螺丝由铜材料制作而成。
7.根据权利要求6所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，选择其中一个半导体激光器模组上的两根第二长螺丝对其进行加长以作为电极使用，并将半导体激光器模组装配底座上对应该半导体激光器模组开设的安装孔洞二打通，则电极能够由外沿打通的安装孔洞二插入安装孔洞一，实现与半导体激光器模块的电气连接。
8.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块中的半导体激光器选择包括GaAs、InP、GaN半导体材料的激光器进行模块化设计；无氧铜热沉与隔离绝缘区也根据需求进行模块化设计，并均通过高性能导热胶粘附在半导体激光器固定底座上。
9.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，凹透镜与凸透镜中间外壳根据凹透镜与凸透镜之间的焦距长度要求进行更换，并进行模块化设计。
10.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，平面透镜的边缘一圈通过导热双面胶贴合在凸透镜外壳的上端口内。
...【技术特征摘要】
1.一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，包括由下至上依次排布的第一层结构、第二层结构、第三层结构，且三层结构整体装配连接在一起；
2.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，第一层结构、第二层结构、第三层结构边缘处的相对两侧均开设有连接孔洞，两根第一长螺丝依次穿过三层结构中上下对应的两组连接孔洞，并在底部锁紧对应的长螺丝配套螺母，以完成对三层结构的装配连接。
3.根据权利要求1所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块安装于半导体激光器固定底座上；将半导体激光器模块远离半导体激光器模组装配底座中心的一侧定义为下侧，则半导体激光器模块的下侧两边区域分别为两个键合区，穿过半导体激光器固定底座的电极上的电能够导入两个键合区；半导体激光器模块的左右两侧及上侧共分布着n个无氧铜热沉、n-1个隔离绝缘区，无氧铜热沉与隔离绝缘区按照间隔排列，半导体激光器模块上设有与无氧铜热沉一一对应的n个半导体激光器，每一半导体激光器分别通过铅锡焊料连接固定到对应的无氧铜热沉上，铅锡焊料所在的区域为铅锡焊料区域，铅锡焊料区域位于整个无氧铜热沉上。
4.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块上还设有连接金线和键合区金线；
5.根据权利要求3所述的一种圆形光束输出的大功率半导体激光器，其特征在于，半导体激光器模块的内部设有激光器模块冷却液微通道，激光器模块冷却液微通道的两端口分别为半导体激光器模块的冷却液进口和半导体激光器模块的冷却液出口，半导体激光器模块的冷却液进出口位于半导体激光器模块下侧的外端面上且对称开设；半导体激光器模组装配底座的内部设有将数个激光器模块冷...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐东昕，袁明坤，曲轶，王玮，赵志斌，陈浩，曾丽娜，刘国军，李再金，李林，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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