ЛАЗЕРНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к оптико-электронным приборам, в частности к малогабаритным лазерным источникам света, и может быть использована в оптических приборах, предназначенных, например, для проведения измерений.
Из уровня техники известен лазерный модуль (патент США №5,121,188, МПК: H01L 23/04), содержащий полый цилиндрический корпус, в котором на одной оптической оси расположены оптическая система, закрепленная в держателе, ввинчивающемся в корпус с его передней стороны, а также лазерный диод с выводами, электронную схему управления лазерным диодом, которая электрически соединена с выводами лазерного диода, и заглушку, закрепленную со стороны задней торцевой поверхности корпуса. Лазерный диод представляет собой основание, на котором закреплен лазерный кристалл, закрытый крышкой. При этом корпус модуля является первым электрическим контактом для подачи питания на драйвер и лазерный диод, а в заглушке расположен второй электрический контакт.
Недостатком указанного устройства является отсутствие внешних теплосъемников и надежного теплового и механического контакта между основанием лазерного диода и корпусом модуля, приводящее к перегреву лазерного диода во время работы и сокращению времени его наработки. Кроме того, использование корпуса модуля в качестве одного из электрических контактов для подачи питания ограничивает область применения лазерного модуля такой конструкции.
Известен лазерный инжекционный излучатель (свидетельство РФ на полезную модель №1579, опубликовано 16.01.1996, МПК: H01S 3/025, H01S 3/18), содержащий основание-теплоотвод с токовыми выводами, контактную пластину с зафиксированными на ней излучающим кристаллом лазерного диода и контрольным фотодиодом, установленную на крепежной поверхности основания-теплоотвода, а также корпус, втулку и световолокно. На поверхности контактной пластины, параллельной крепежной поверхности основания-теплоотвода, закреплен введенный световолоконный держатель, причем на его поверхности, параллельной поверхности крепления излучающего кристалла на контактной пластине, зафиксировано световолокно с торцевой линзой, которое вторично закреплено во втулке.
Недостатками указанного устройства являются наличие световолокна со световолоконным держателем вместо оптической системы, что усложняет сборку лазерного модуля и увеличивает габариты модуля, негерметичная, хрупкая конструкция, в которой отсутствуют элементы внешних теплосъемников.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является лазерный модуль (свидетельство РФ на полезную модель №36570, опубликовано 10.03.2004, МПК: H01L 23/04), который выбран в качестве прототипа. Лазерный модуль содержит полый цилиндрический корпус, в котором на одной оптической оси расположены оптическая система и лазерный диод с выводами, подключенными к электронной схеме управления. Причем корпус выполнен из двух частей, в одной из которых расположена оптическая система и лазерный диод, а в другой - электронная схема. При этом диод снабжен прижимным элементом, обеспечивающим тепловой контакт лазерного диода и корпуса и имеющим отверстие для выводов лазерного диода.
Недостатком указанного устройства является недостаточно эффективный отвод тепла от корпуса лазерного модуля.
Техническая проблема, решаемая созданием полезной модели, заключается в недостаточной надежности работы лазерного модуля из-за перегрева лазерного полупроводникового диода, снижающего ресурс его работы.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности отвода тепла от корпуса лазерного модуля, что позволяет увеличить ресурс работы размещенного в нем лазерного полупроводникового диода.
Технический результат достигается тем, что лазерный модуль содержит полый цилиндрический корпус, в котором на одной оптической оси расположены оптическая система и лазерный полупроводниковый диод с выводами, подключенными к электронной схеме управления. При этом лазерный модуль отличается от прототипа тем, что дополнительно содержит теплопроводящий держатель, включающий основание и прижимную скобу, а также теплоотводящий элемент, на котором посредством фланца, расположенного перпендикулярно оптической оси, закреплено основание держателя, в ложементе которого установлен корпус лазерного модуля, закрепленный сверху посредством прижимной скобы. Внутренние поверхности основания и прижимной скобы держателя выполнены с покрытием из термопасты.
Сущность полезной модели поясняется чертежами Фиг. 1 - Фиг. 4, где:
Фиг. 1 - лазерный модуль с теплоотводящим элементом в разрезе,
Фиг. 2 - общий вид лазерного модуля с держателем,
Фиг. 3 - общий вид основания держателя с фланцем,
Фиг. 4 - общий вид прижимной скобы.
На чертежах позициями обозначены следующие элементы лазерного модуля:
1 - корпус,
2 - теплопроводящий держатель,
3 - теплоотводящий элемент,
4 - оптическая система,
5 - лазерный полупроводниковый диод,
6 - электронная схема управления,
7 - основание,
8 - прижимная скоба,
9 - ложемент основания,
10 - фланец,
11 - отверстия фланца,
12 - продольная торцевая поверхность основания,
13 - отверстия основания,
14 - ложемент прижимной скобы,
15 - продольная торцевая поверхность прижимной скобы,
16 - отверстия прижимной скобы,
17 - внутренняя поверхность основания,
18 - внутренняя поверхность прижимной скобы.
Лазерный модуль (Фиг. 1) состоит из полого цилиндрического корпуса 1, теплопроводящего держателя 2 и теплоотводящего элемента 3.
Внутри корпуса 1 на одной оптической оси, начиная с его передней стороны, размещены оптическая система 4, лазерный полупроводниковый диод 5 с выводами и электронная схема управления 6 лазерным полупроводниковым диодом 5, которая электрически соединена с выводами лазерного полупроводникового диода 5 (Фиг. 1).
Теплопроводящий держатель 2 состоит из основания 7 и прижимной скобы 8 (Фиг. 3, 4).
На внутренней поверхности основания 7 (Фиг. 3) теплопроводящего держателя 2 для размещения корпуса 1 лазерного модуля выполнен ложемент 9, соразмерный нижней боковой поверхности корпуса 1 и повторяющий его форму. Для закрепления теплопроводящего держателя 2 на теплоотводящем элементе 3 основание 7 имеет фланец 10. При этом фланец 10 основания 7 теплопроводящего держателя 2 расположен перпендикулярно оптической оси лазерного модуля. На фланце 10 выполнены зенкованные отверстия 11 для винтов крепления теплопроводящего держателя 2 на теплоотводящем элементе 3. На продольной торцевой поверхности 12 основания 7 выполнены резьбовые отверстия 13 для крепления прижимной скобы 8.
Прижимная скоба 8 (Фиг. 4) для размещения и крепления корпуса 1 лазерного модуля имеет ложемент 14, соразмерный верхней боковой поверхности корпуса 1 и повторяющий его форму. На продольной торцевой поверхности 15 прижимной скобы 8 выполнены отверстия 16 для крепления прижимной скобы 8 к основанию 7. Для улучшения теплопроводности внутренние цилиндрические поверхности 17 основания 7 и 18 прижимной скобы 8 теплопроводящего держателя 2 покрываются тонким слоем термопасты.
Сборка лазерного модуля осуществляется следующим образом. Внутри корпуса 1 лазерного модуля устанавливают, начиная с его передней стороны, на одной оптической оси следующие элементы: оптическую систему 4, лазерный полупроводниковый диод 5 и электронную схему 6. После чего корпус 1 размещают горизонтально в ложементе 9 основания 7 теплопроводящего держателя 2 на уровне расположения лазерного полупроводникового диода 5 и электронной схемы 6 управления лазерным полупроводниковым диодом 5. Сверху корпуса 1 над основанием 7 теплопроводящего держателя 2 устанавливают прижимную скобу 8 с внутренним ложементом 14, совмещая отверстия 13 на продольной торцевой поверхности основания 12 и отверстия 16 на продольной торцевой поверхности прижимной скобы 15. Посредством крепежных элементов, например, винтов, скрепляют между собой основание 7 и прижимную скобу 15 теплопроводящего держателя 2, плотно охватывающие внешнюю цилиндрическую поверхность корпуса 1. Основание 7 и держатель 8 выполнены из теплопроводящего материала, например алюминиевого сплава Д16 или АМг6. При этом внутреннюю цилиндрическую поверхность 17 основания 7 и внутреннюю цилиндрическую поверхность 18 прижимной скобы 8 теплопроводящего держателя 2 предварительно покрывают тонким слоем термопасты (например, КПТ-8), что позволяет значительно улучшить отвод тепла, генерируемого лазерным полупроводниковым диодом 5 и электронной схемой 6 на корпус 1 лазерного модуля. Для того чтобы обеспечить эффективный отвод тепла от корпуса 1 лазерного модуля, основание 7 теплопроводящего держателя 2 выполнено с фланцем 10, имеющим крепежные отверстия, посредством которых корпус 1 лазерного модуля, установленный внутри теплопроводящего держателя 2, крепится к теплоотводящему элементу 3, выполненному, например, в виде радиатора, крепежными элементами, например, винтами.
Фланец 10 основания 7 позволяет закрепить теплопроводящий держатель 2 лазерного модуля в перпендикулярном направлении относительно оптической оси, что позволяет уменьшить габариты устройства, в которое будет установлен лазерный модуль, а также обеспечить повышение устойчивости к механическим воздействиям.
Для осуществления работы лазерного модуля на электронную схему управления 6 лазерным полупроводниковым диодом 5 подают напряжение питания. Электронная схема управления 6 осуществляет управление полупроводниковым лазерным диодом 5, а именно позволяет поддерживать постоянную оптическую мощность излучения лазерного полупроводникового диода 5, а также осуществляет защитную функцию, позволяющую отключать лазерный полупроводниковый диод 5 в ситуации, приводящей к выходу его из строя. Излучение, выходящее из лазерного полупроводникового диода 5, направляется в оптическую систему 4. Оптическая система 4 формирует пучок излучения с заданными параметрами расходимости. Во время работы лазерного модуля электронная схема управления 6 и полупроводниковый лазерный диод 5 выделяют тепло, которое постоянно должно отводится от нагреваемого им корпуса 1, исключая перегрев, что позволяет увеличить срок службы лазерного полупроводникового диода 5 и надежность работы лазерного модуля.
Таким образом, предлагаемая конструкция лазерного модуля позволяет обеспечить надежное крепление лазерного модуля и эффективный отвод тепла от корпуса, что значительно снижает возможность перегрева лазерного полупроводникового диода и, как следствие, повышает надежность работы лазерного модуля.
Изготовление лазерного модуля не требует применения специальных технологий и уникальных материалов, поэтому он может быть многократно воспроизведен в промышленном производстве.