整體制冷能工作在零攝氏度以下的半導體激光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導體激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種整體制冷能工作在零攝氏度以下的半導體激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]半導體激光器是用半導體材料作為工作物質(zhì)的激光器，在上世紀六七十年代被發(fā)明并且實現(xiàn)室溫下連續(xù)輸出；因其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、壽命長和成本低等優(yōu)勢，被廣泛用于激光通信、光存儲、激光測距以及激光雷達等方面。根據(jù)其使用的半導體材料，目前半導體激光器的工作波長已經(jīng)從392nm到1630nm范圍，但并不是其間所有工作波長都可以覆蓋。
[0003]半導體激光管的發(fā)光波長隨溫度變化約0.2nm / °C，因此室溫下半導體激光器經(jīng)常通過控制半導體激光管的溫度來找到合適的工作點。目前，即使通過調(diào)節(jié)溫度來找到合適的工作點，其波長調(diào)節(jié)范圍也較小，約為0.0lnm的量級。而根據(jù)半導體激光管的溫度特性，可以通過降低半導體工作的溫度，來調(diào)節(jié)半導體激光管的增益中心，當將溫度降到零度以下時，其增益中心能夠移動約5nm，可以大大增加目前半導體激光器可以達到的工作波長。因此，研宄一種工作在低溫(相對于室溫)甚至在零攝氏度以下的半導體激光器，對獲得室溫工作下半導體激光器所無法達到的工作波長有著重要的意義。
[0004]目前一般半導體激光器給出的工作波長以及其它參數(shù)大部分都是室溫工作下的參數(shù)，并且溫控裝置只對半導體激光管出光部分進行溫度控制，使得半導體激光器只能在室溫范圍內(nèi)(20°C< 30°C)內(nèi)可以很好地工作。半導體激光管在室溫附近，溫度每升高rc，半導體激光管的發(fā)光強度會相應地減少約1%。即使對半導體激光管進行持續(xù)制冷，在低于室溫范圍時，由半導體激光管與光柵形成的外腔，由于溫度差，使得半導體激光器工作極其不穩(wěn)，尤其當溫度達到結(jié)露點時，半導體激光器內(nèi)部會產(chǎn)生凝結(jié)水，使半導體激光器無法正常工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有半導體激光器在低溫工作下存在的缺點和不足，提供一種整體制冷能工作在零攝氏度以下的半導體激光裝置。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
具體地說，本裝置包括設(shè)置在激光器外殼內(nèi)的激光管底座、半導體激光管、光柵、壓電陶瓷、第I螺絲、第2螺絲、光柵底座、第I半導體制冷片、第2半導體制冷片和水冷頭；在銅水冷頭的上面并列設(shè)置有第I半導體制冷片和第2半導體制冷片，在第I半導體制冷片和第2半導體制冷片的上面設(shè)置有激光管底座；
在激光管底座的左側(cè)壁中孔設(shè)置有半導體激光管，在激光管底座的上面設(shè)置有光柵底座；在光柵底座的左側(cè)面設(shè)置有光柵，在光柵底座的上豎孔設(shè)置有第I螺絲，在光柵底座內(nèi)橫孔的左、右端分別設(shè)置有壓電陶瓷和第2螺絲；
激光器外殼右側(cè)壁中孔設(shè)置有橡膠軟管，橡膠軟管右端連接有氮氣瓶。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)特征及優(yōu)點如下:
①利用功率較大的半導體制冷片對本裝置的主體進行整體制冷，半導體制冷片產(chǎn)生的熱量通過水冷頭帶走，以維持制冷效果將半導體激光管、光柵和光柵底座的溫度都可以降到零攝氏度以下。
[0008]②在激光器外殼內(nèi)部通干燥氮氣，盡量驅(qū)除水蒸汽，使激光器外殼內(nèi)溫度即使在結(jié)露點以下，本裝置依然能夠正常工作。
[0009]總之，本裝置在不改變常溫半導體激光器的基本機械結(jié)構(gòu)，采用整體制冷、水冷散熱以及通干燥氣體的方式使激光器正常工作在低溫下，使半導體激光管的工作波長移動達5nm，可行性強。
【附圖說明】
[0010]圖1是本裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是激光管底座I的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是光棚底座6的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4是水冷頭8的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是激光器外殼9的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中:
1—激光管底座，Ia—圓孔，Ib—第I橫槽，Ic—上橫板，Id—下橫板；
2—半導體激光管；
3—光柵；
4一壓電陶瓷
5a—第I螺絲，5b—第2螺絲；
6—光柵底座，6a—上豎孔，6b—內(nèi)橫孔，6c—豎槽，6d—第2橫槽；
7a—第I半導體制冷片，7b—第2半導體制冷片；
8一水冷頭，8a—基板，8b一四排散熱片，8c—兩個寶塔接頭；
9一激光器外殼，9a一銷腔體，9b一二個串口線形狀孔，9c一橫孔，
9d—大橫孔，9e—兩個小橫孔；
10—橡膠軟管；
11 一氮氣瓶。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明:
一、總體
如圖1，本裝置包括設(shè)置在激光器外殼9內(nèi)的激光管底座1、半導體激光管2、光柵3、壓電陶瓷4、第I螺絲5a、第2螺絲5b、光柵底座6、第I半導體制冷片7a、第2半導體制冷片7b和水冷頭8 ；
在水冷頭8的上面并列設(shè)置有第I半導體制冷片7a和第2半導體制冷片7b，在第I半導體制冷片7a和第2半導體制冷片7b的上面設(shè)置有激光管底座I ;
在激光管底座I的左側(cè)壁中孔設(shè)置有半導體激光管2，在激光管底座I的上面設(shè)置有光柵底座6 ;在光柵底座6的左側(cè)面設(shè)置有光柵3，在光柵底座6的上豎孔設(shè)置有第I螺絲5a，在光柵底座6內(nèi)橫孔的左、右端分別設(shè)置有壓電陶瓷4和第2螺絲5b ；
激光器外殼9右側(cè)壁中孔設(shè)置有橡膠軟管10，橡膠軟管10右端連接有氮氣瓶11。
[0013]工作原理:
給半導體激光管2通電后，半導體激光管2產(chǎn)生與產(chǎn)品標稱波長一致的激光；激光照射至光柵3的表面，產(chǎn)生I級衍射光和零級光，零級光的反射角度可以通過第2螺絲5b調(diào)節(jié)后返回至半導體激光管2，產(chǎn)生反饋，形成震蕩，對半導體激光管2增益中心的激光波長進行選擇，I級衍射光作為出射激光進行使用；打開氮氣瓶11，通過橡膠軟管10往激光器外殼9內(nèi)通入氮氣，將水蒸氣排走，使激光器外殼9內(nèi)部保持干燥；同時，加大通入第I半導體制冷片7a和第2半導體制冷片7b的電流，開始對激光管底座I及置于其上和置于其內(nèi)的器件進行制冷；半導體激光管2增益中心的激光波長開始向波長減小的方向移動，第I半導體制冷片7a和第2半導體制冷片7b產(chǎn)熱面所產(chǎn)生的大量熱量則通過銅水冷頭8帶走；當半導體激光管2的增益中心的激光波長達到所需波長時，就可以調(diào)節(jié)通入第I半導體制冷片7a和第2半導體制冷片7b的電流，使半導體激光管I的工作溫度穩(wěn)定下來，通過第2調(diào)節(jié)螺絲5b，使光柵3的衍射角度隨著相應變化，來選擇波長處于增益中心的激光；本裝置使用水冷頭8帶走由第I半導體制冷片7a和第2