一種可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本專(zhuān)利公開(kāi)了一種可實(shí)現(xiàn)紅綠藍(lán)混合白光輸出激光器的階梯層式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括光纖耦合輸出紅光激光器，光纖耦合輸出綠光激光器和光纖耦合輸出藍(lán)光激光器，以及光纖合束結(jié)構(gòu)，散熱裝置和供電設(shè)備。紅綠藍(lán)激光器階梯分層擺放成為陣列，統(tǒng)一放置在機(jī)架內(nèi)，整體供電，配有散熱裝置，每個(gè)激光器經(jīng)光纖耦合輸出，再經(jīng)光纖合束器最終合為一束白光輸出。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)紅光、綠光和藍(lán)光統(tǒng)一管理的緊湊階梯層式高功率白光激光器。本專(zhuān)利提出針對(duì)這一緊湊光纖合束器耦合輸出的高功率激光器的獨(dú)特，新穎的階梯層式統(tǒng)一管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)，光纖耦合合束高功率激光器領(lǐng)域，特別涉及到緊湊階梯層式高功率激光器的光、電和熱統(tǒng)一管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，高功率激光器的市場(chǎng)和應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。在激光器領(lǐng)域，目前獲得高功率激光輸出的成本比較高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因?yàn)槿狈τ行У臒峁芾矸绞?，而?dǎo)致激光器壽命縮短的情況比比皆是。而且后期維護(hù)成本較高，這些問(wèn)題使得激光器的廣泛應(yīng)用受到遏制。在對(duì)可見(jiàn)光的需求領(lǐng)域，特別是激光顯示領(lǐng)域，如激光影院和大型激光戶(hù)外顯示,對(duì)高功率白光激光器的需求十分迫切。
[0003]采用紅綠藍(lán)三色激光合束的方案獲得白光激光輸出是目前比較有效，性?xún)r(jià)比較高的實(shí)現(xiàn)方式。隨著各領(lǐng)域?qū)Σ煌β拾坠饧す廨敵龅男枨笕找嬖黾?，高效，低成本的白光激光器熱管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已成為迫在眉睫的議題。本專(zhuān)利專(zhuān)門(mén)針對(duì)紅綠藍(lán)三色激光合束，這一實(shí)現(xiàn)方式做了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足激光顯示，生物醫(yī)療，醫(yī)藥化工，物理化學(xué)科研以及軍事航空，航天等領(lǐng)域?qū)Π坠饧す獾膹V泛需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種高效，緊湊，低成本的階梯層式高功率白光激光器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明大大降低了高功率白光激光器的設(shè)計(jì)，制造和維護(hù)成本。結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單，有效的解決了白光激光器的核心問(wèn)題 ，即光、電和熱統(tǒng)一管理問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明提出的緊湊階梯層式高功率白光激光器包括光纖耦合輸出紅光半導(dǎo)體激光器，光纖耦合輸出綠光固體激光器和光纖耦合輸出半導(dǎo)體藍(lán)光激光器，以及光纖合束結(jié)構(gòu)，散熱裝置和供電設(shè)備。
[0006]上述技術(shù)方案中，每個(gè)激光器的輸出光經(jīng)稱(chēng)合進(jìn)入一根光纖，再通過(guò)捆扎或熔接的方式，經(jīng)光合束器最終合為一束光輸出，此匯聚方式可在很大程度上實(shí)現(xiàn)來(lái)自不同激光器的光束的充分勻光，消除激光散斑。
[0007]上述技術(shù)方案中，紅綠藍(lán)激光器的光纖根據(jù)紅，綠和藍(lán)三種顏色不同，采用分別捆扎或熔接的合束方式做第一級(jí)合束，即紅，綠和藍(lán)各一束。
[0008]上述技術(shù)方案中，紅綠藍(lán)激光器的第一級(jí)合束光纖采用捆扎或熔接的合束方式再合為一束。
[0009]上述技術(shù)方案中，紅綠藍(lán)激光器采用階梯層式陣列熱管理結(jié)構(gòu)組合放置，擺放的m*n (m≤1，η≤I)陣列可設(shè)計(jì)為3*7，3*19，3*37等，要依據(jù)對(duì)白光的不同要求，給出不同的擺放設(shè)計(jì)。
[0010]上述技術(shù)方案中，紅綠藍(lán)每種顏色的激光器輸出的光由光電探測(cè)器監(jiān)控，并通過(guò)自動(dòng)功率反饋方式(APC)控制紅綠藍(lán)每種顏色的激光器輸出，以實(shí)現(xiàn)功率輸出的穩(wěn)定性管理。[0011]上述技術(shù)方案中，把低功率輸出的紅綠藍(lán)激光器，如500mW和IOOOmW等，采用階梯多層緊密放置，緊湊，簡(jiǎn)單的組合實(shí)現(xiàn)百瓦及以上的高功率白光輸出。
[0012]上述技術(shù)方案中，紅綠藍(lán)每種顏色的激光器分別采用串聯(lián)，并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的方式供電。
[0013]上述技術(shù)方案中，散熱裝置有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種:散熱裝置對(duì)每個(gè)綠光激光器采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式實(shí)現(xiàn)精確控溫，綠光激光器和半導(dǎo)體制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱；而對(duì)紅光和藍(lán)光激光器采用非精確控溫方式，它們產(chǎn)生的熱量通過(guò)真空腔均熱板，熱管，液體、氣體冷卻板和微通道等方式傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。第二種:散熱裝置對(duì)每個(gè)紅，綠和藍(lán)光激光器采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式實(shí)現(xiàn)精確控溫，所有激光器和半導(dǎo)體制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。
[0014]本專(zhuān)利提出的可實(shí)現(xiàn)光、電和熱統(tǒng)一管理的緊湊階梯層式高功率白光激光器設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)大功率，低成本規(guī)模化的白光激光器生產(chǎn)。紅綠藍(lán)每種顏色的激光器分別采用串聯(lián)，并聯(lián)，串并聯(lián)結(jié)合的連接方式，不同的連接方式可實(shí)現(xiàn)低電流工作，避免大電流電路的設(shè)計(jì)和制作，降低了成本，提高了實(shí)用性；紅綠藍(lán)輸出光可實(shí)現(xiàn)單色光的輸出功率管理；本專(zhuān)利提出的緊湊階梯層式熱管理結(jié)構(gòu)方案，大大降低了熱管理成本，優(yōu)化了熱空間分布，使空間立體熱量平面化，降低了熱密度，分散了熱重心?？傮w上，本專(zhuān)利在很大程度上有效地解決了高功率白光激光器高效，大功率輸出難題和光、電和熱統(tǒng)一管理問(wèn)題。
[0015]緊湊階梯層式陣列合束結(jié)構(gòu)不僅可以使單點(diǎn)低功率整合為多點(diǎn)高功率成為可能，降低了成本，提高了性能方面的轉(zhuǎn)換效率和生產(chǎn)效率，而且因?yàn)榻Y(jié)合了若干個(gè)獨(dú)立紅綠藍(lán)激光器，也使組裝，維護(hù)更加方便，制造和維修成本低，采用本專(zhuān)利所述方法生產(chǎn)的激光器，如單管出問(wèn)題，可隨時(shí)更換，不必更換整體，只需維修出問(wèn)題的單光束部件，從而節(jié)省成本，降低風(fēng)險(xiǎn)。使材料成本和投資風(fēng)險(xiǎn)多點(diǎn)化，平均化。
[0016]本專(zhuān)利是實(shí)現(xiàn)大功率，低成本白光激光器規(guī)模化生產(chǎn)的有效熱管理設(shè)計(jì)，在激光顯示，生物醫(yī)療，醫(yī)藥化工，物理化學(xué)科研以及軍事航空，航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)價(jià)值。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]以下結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0018]圖1是一臺(tái)緊湊階梯層式高功率白光激光器的正面圖。
[0019]圖2帶光纖耦合輸出的紅光激光器合束分光正面圖，此圖說(shuō)明的方式不限于紅光。
[0020]圖面說(shuō)明，如下圖所示:
[0021]1.帶光纖耦合輸出的綠光激光器；
[0022]2.帶光纖耦合輸出的藍(lán)光激光器；
[0023]3.帶光纖耦合輸出的紅光激光器；
[0024]4.合束器；
[0025]5.光電探測(cè)器；[0026]6.光纖；
[0027]7.熱沉；
[0028]8.機(jī)架；
[0029]9.散熱鰭片；
[0030]10.風(fēng)扇；
[0031]11.驅(qū)動(dòng)電源。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說(shuō)明。
[0033]圖1是一臺(tái)緊湊階梯層式高功率白光激光器的正面圖。包括多個(gè)綠光激光器1，多個(gè)藍(lán)光激光器2，多個(gè)紅光激光器3。綠光激光器輸出功率可為300 mff, 500 mff, IOOOmff和1500mW等，但不限于此。藍(lán)光激光器輸出功率可為IOOOmW和1600 mW等，但不限于此。紅光激光器輸出功率可為500 mW和1000 mW等，但不限于此。帶光纖耦合輸出的綠光激光器1，藍(lán)光激光器2和紅光激光器3階梯層式置于熱沉7上，固定方式可為導(dǎo)熱膠，銀膠等膠粘，共晶焊接或其他焊接方式，螺絲固定，但不限于此。擺放為m*n I, η > I)陣列，陣列可設(shè)計(jì)為3*7，3*19，3*37等，但不限于此。帶光纖耦合輸出的綠激光器I間距離可為Imm, 2 mm或其他尺寸,但不限于此；帶光纖I禹合輸出的藍(lán)和紅激光器2, 3也如此。輸出光經(jīng)光纖6通過(guò)捆扎或熔接的方式，但不限于此，到合束器4，紅綠藍(lán)每種顏色的激光輸出分別匯聚成的一束光都可設(shè)有光電探測(cè)器5，將部分輸出光作為反饋信號(hào)發(fā)送給電源控制器，集中控制各種顏色功率輸出的穩(wěn)定性，但不限于此。各排輸出光經(jīng)光纖6通過(guò)捆扎或熔接的方式，但不限于此，最終匯聚為一束，此匯聚方式可在很大程度上消除激光散斑。整套設(shè)備統(tǒng)一放置在機(jī)架8內(nèi)，整體供電。綠光激光器I，藍(lán)光激光器2和紅光激光器3的供電方式分別可為串、并聯(lián)任意組合，如所有綠光激光器I間采用串(并)聯(lián)方式供電；但不限于此。激光器配有散熱裝置，散熱裝置有兩種實(shí)現(xiàn)方式，第一種:散熱裝置對(duì)每個(gè)綠光激光器I采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式，但不限于此，實(shí)現(xiàn)精確控溫，綠光激光器I和半導(dǎo)體制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片9上，散熱鰭片9的材質(zhì)為高導(dǎo)熱材料，可為鋁，不銹鋼，黃銅和紫銅等，但不限于此。熱量通過(guò)風(fēng)扇10產(chǎn)生的氣流被帶走，但不限于此，實(shí)現(xiàn)散熱；而對(duì)藍(lán)光激光器2和紅光激光器3采用非精確控溫方式，它們產(chǎn)生的熱量通過(guò)真空腔均熱板，熱管，液體、氣體冷卻板和微通道等方式，但不限于此，傳遞到散熱鰭片9上，熱量通過(guò)風(fēng)扇10產(chǎn)生的氣流被帶走，但不限于此，實(shí)現(xiàn)散熱。該方式，由于溫度稍微不同，各紅光和藍(lán)光激光器的波長(zhǎng)稍微不同，這有利于消散斑。第二種:散熱裝置對(duì)每個(gè)綠光激光器I，藍(lán)光激光器2和紅光激光器3采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式實(shí)現(xiàn)精確控溫，但不限于此，所有激光器和半導(dǎo)體制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片9上，熱量通過(guò)風(fēng)扇10產(chǎn)生的氣流被帶走，但不限于此，實(shí)現(xiàn)散熱。
[0034]圖2是帶光纖耦合輸出的紅光激光器合束分光正面圖，此圖說(shuō)明的方式不限于紅光。此圖為了說(shuō)明如下方式:分別由設(shè)置在紅綠藍(lán)每種顏色光的光纖合束器(權(quán)利要求6-9)的一輸入端口的光電探測(cè)器5，通過(guò)分別監(jiān)控紅綠藍(lán)每種顏色光的總輸出功率實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的控制。圖中光電探測(cè)器5的光信號(hào)來(lái)自光纖合束器4的輸入端，光電探測(cè)器5將收集到的紅綠藍(lán)每種顏色光的信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)電源11，實(shí)現(xiàn)APC控制，集中控制各種顏色功率輸出的穩(wěn)定性，但不限于此。
[0035]需要說(shuō)明的是，以上附圖及實(shí)施例說(shuō)明僅用以說(shuō)明本發(fā)明的可實(shí)現(xiàn)光、電和熱統(tǒng)一管理的緊湊階梯層式高功率白光激光器的管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但非限于此。
[0036]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明所描述的由紅綠藍(lán)激光器組合而成的白光激光器僅為說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，但不限于此，還包括其他波長(zhǎng)組合的白光激光器。
[0037]需要說(shuō)明的是，本發(fā)明設(shè)計(jì)可用于高功率激光器的光、電和熱統(tǒng)一管理，如紅，綠和藍(lán)等激光器，但不限于此。
[0038]任何對(duì)本發(fā)明的修改和變通，都不能脫離本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想內(nèi)涵，都應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，該結(jié)構(gòu)包括光纖耦合輸出紅光激光器，光纖耦合輸出綠光激光器和光纖耦合輸出藍(lán)光激光器，以及光纖合束裝置，散熱裝置和供電設(shè)備，每個(gè)紅綠藍(lán)激光器的輸出光經(jīng)聚焦鏡耦合進(jìn)入一根光纖，光纖耦合輸出的紅綠藍(lán)激光器，再經(jīng)光纖合束裝置，最終合為一束白光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，每個(gè)紅綠藍(lán)激光器的輸出光分別經(jīng)聚焦鏡耦合進(jìn)入一根光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，光纖I禹合輸出的紅綠藍(lán)激光器，再經(jīng)光纖合束裝置，最終合為一束白光輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器的所有光纖米用捆扎的合束方式合為一束。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器的所有光纖采用熔接到一根具有一定長(zhǎng)度的光纖，經(jīng)光纖勻光合束后合為一束。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器的光纖根據(jù)紅，綠和藍(lán)三種顏色不同采用分別捆扎的合束方式做第一級(jí)合束，即紅，綠和藍(lán)各一束。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器的光纖根據(jù)紅，綠和藍(lán)三種顏色不同采用分別熔接到一根光纖的合束方式做第一級(jí)合束，即紅，綠和藍(lán)各一束。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，將權(quán)利要求6或權(quán)利要求7中所制成的紅綠藍(lán)激光器的第一級(jí)合束光纖采用捆扎的合束方式再合為一束，實(shí)現(xiàn)白光輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，將權(quán)利要求6或權(quán)利要求7中所制成的紅綠藍(lán)激光器的第一級(jí)合束光纖采用熔接到一根光纖的合束方式再合為一束，實(shí)現(xiàn)白光輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器采用階梯層式陣列熱管理結(jié)構(gòu)組合放置，擺放為m*n (m≥1，η≥I)陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)激光器可根據(jù)散熱特性和熱分布特性安排擺放位置，即可以穿插擺放。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，緊湊階梯層式高功率激光器的散熱裝置由導(dǎo)熱板，散熱鰭片及風(fēng)扇組成，并配于各層激光器的背部。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，緊湊階梯層式高功率激光器的散熱裝置由導(dǎo)熱板，散熱鰭片及風(fēng)扇組成，并配于各層激光器的上部或下部，左側(cè)或右側(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)每種顏色的激光器的電流，通過(guò)自動(dòng)功率反饋方式控制，以實(shí)現(xiàn)功率輸出的穩(wěn)定性管理。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，分別由設(shè)置在紅綠藍(lán)每種顏色光的光纖合束器的輸入端口的光電探測(cè)器，通過(guò)監(jiān)控并反饋紅綠藍(lán)每種顏色光的總輸出功率實(shí)現(xiàn)自動(dòng)功率反饋控制。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，把低功率輸出的紅綠藍(lán)激光器采用階梯多層緊密放置，組合實(shí)現(xiàn)高功率輸出。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，紅綠藍(lán)每種顏色的激光器分別采用串聯(lián)，并聯(lián)或串并聯(lián)結(jié)合的方式供電。
18.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，其散熱裝置對(duì)每個(gè)綠光激光器采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式實(shí)現(xiàn)精確控溫，綠光激光器和半導(dǎo)體制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱；而對(duì)紅光和藍(lán)光激光器采用非精確控溫方式，它們產(chǎn)生的熱量通過(guò)真空腔均熱板，熱管，液體、氣體冷卻板和微通道等方式傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。
19.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的可實(shí)現(xiàn)白光輸出的激光器，其特征在于，其散熱裝置對(duì)每個(gè)紅，綠和藍(lán)光激光器采用半導(dǎo)體制冷片結(jié)合溫度傳感器等方式實(shí)現(xiàn)精確控溫，所有激光器和半導(dǎo)體 制冷片的熱量傳遞到散熱鰭片上，熱量通過(guò)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流被帶走，實(shí)現(xiàn)散熱。
【文檔編號(hào)】H01S3/23GK203813199SQ201420062642
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年2月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月12日
【發(fā)明者】路洋, 甘毅, 蘇紅平, 徐長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:南京長(zhǎng)青激光科技有限責(zé)任公司