[发明专利]一种红光大功率激光模组及其组装方法

说明书

本发明涉及一种红光大功率激光模组及其组装方法，包括底板、多个MCC小单元、顶块、绝缘紧固部件，通过绝缘紧固部件将底板、多个MCC小单元、顶块从下至上依次连接，MCC小单元包括MCC热沉、红光半导体激光器巴条、绝缘片和负极片，MCC热沉上表面一端设有红光半导体激光器巴条，MCC热沉与负极片之间设置绝缘片，本发明结构简单，采用20个芯片并联的方式可实现单巴条20W的红光功率输出，再通过将多个MCC小单元串联的形式可实现几十瓦甚至上百瓦的连续红光功率输出。采用冷却效果较好的MCC热沉封装，解决了红光激光器散热的问题，可保证模组在高功率输出的同时具有较高的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种红光大功率激光模组及其组装方法，属于半导体激光器技术领域。

背景技术

红光半导体激光器由于体积小、重量轻、转换效率高、使用寿命长等优点，正在逐渐取代传统的He-Ne气体激光器及红宝石固体激光器，并且广泛应用于光盘读写系统、条形码阅读器、准直标线仪、医疗保健设备等领域。另外，它还是激光电视、便携式投影仪等激光显示设备的红光光源。

最早的红光半导体激光器使用AlGaAs材料体系，比如CD机用的780nm的AlGaAs半导体激光器，由于光盘的存储密度是同激光的波长成反比的，要增加光存储密度，必须要降低半导体激光器的激射波长。另外，在红光波段，人眼的视觉灵敏度随着光线波长的变短而提高，因此，用在激光显示的红光半导体激光器也是要求波长越短越好，这样才能获得高亮度的图像。由于AlGaAs材料所限，其半导体激光器的最短激射波长为680nm左右。因此，带隙更大的AlGaInP材料(发光波长在570-680nm)开始应用于红光半导体激光器，并成为沿用至今的红光主流材料。

相比于长波长半导体激光器，短波长的红光半导体激光器的制作难度更大。主要难点包括两个方面：一是由于AlGaInP材料体系的限制，有源区及限制层的带隙差较小，因而对注入载流子的限制能力较差，容易产生电流泄露。这不仅会使半导体激光器的内量子效率降低，功率转换效率下降，还会导致器件的特征温度变低，输出功率对温度的敏感度变高。二是红光半导体激光器波长短，光子能量高，在高功率下工作时，对腔面的抗烧毁能力要求更高。由于红光半导体激光器这两大制作难题，使得单芯片红光半导体激光器的最高功率输出受到限制。2013年夏普公司推出了输出波长为640nm的红光半导体激光器，最大光输出功率为150mW。

中国专利文献CN104269741A公开了一种高可靠性的红光半导体激光器，发射波长为630nm-690nm，通过对半导体激光器波导层进行掺杂，使半导体激光器的串联电阻减小，提高了光电转换效率，降低了焦耳热的产生，提高了红光半导体长期工作的可靠性。可靠性有所提高，但最大输出光功率仍限制在瓦级水平。

中国文献CHINESE JOURNAL OF LASERS,2007,34(9)报道了一种高透腔面大功率650nm红光半导体激光器，通过利用石英闭管法对650nm AlGaInP/GaInP材料进行选择区域扩Zn的方法，使护Zn区域的光致发光谱的峰值蓝移达175meV，形成对650nm波长激光器的高透腔面，有益于减少激光器腔面光吸收，增加了激光器退化的光学灾变损伤阈值，实现了红光半导体激光器的大功率输出，但最大连续输出光功率为1.55W。仍不能满足现代医疗设备中对红光半导体激光器十几瓦甚至几十瓦输出光功率的要求。

红光半导体激光器由于发射波长的特殊性在医疗领域的应用越来越广泛，650nm低能激光可以改善细胞膜的渗透性，使融解的脂肪流入细胞间隙当中，在机械按摩的辅助下将其从细胞间隙转移到淋巴系统，从而修复肥大脂肪细胞和僵硬胶原质，减少脂肪堆积。660nm的激光对航天员、运动员的身体恢复治疗有很大的帮助。在医疗方面的应用，决定了红光激光器在保证有效的照射面积的条件下，为了达到功率密度要求，必须有更高的光功率输出，而目前封装的红光半导体激光器功率仍在10瓦级以下。

发明内容

针对现有的红光半导体激光器输出功率低的问题，本发明提供一种输出功率更高的红光大功率激光模组及其组装方法。