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1、(10)申请公布号 CN 102742098 A (43)申请公布日 2012.10.17 C N 1 0 2 7 4 2 0 9 8 A *CN102742098A* (21)申请号 201080061694.X (22)申请日 2010.11.19 12/623,886 2009.11.23 US H01S 5/022(2006.01) H01S 5/024(2006.01) (71)申请人赛米尼克斯有限公司 地址美国马萨诸塞州 (72)发明人 DM比恩 JJ克拉汉 (74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人谭志强 (54) 发明名称 半导体激光器组装与包装系。
2、统 (57) 摘要 本发明涉及自对准组装和半导体激光器包装 系统，其可以减少高功率密度系统的时间、成本和 检测费用。如改进的TO-罐形（晶体管外形的罐） 激光器包装安装系统(100)，对其进行的改进增 加了自主动激光器向换热器或其他换热器(103) 的传热。预制换热器装置安装有激光器包装和一 个或多个透镜(101)。风扇装置直接安装到该包 装上进一步最小化组装步骤。组装过程中，各部 件通过同步或其他分度工具实现物理和光学上的 对准，由此整个系统(100)完成自对准，并通过该 组装过程进行聚焦，而不需要后装配调整。该系 统(100)可以降低成本，从而使高功率半导体激 光器低成本使用、大批量生产，。
3、如消费项目。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.07.17 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/057411 2010.11.19 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/063224 EN 2011.05.26 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书9页 附图19页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 19 页 1/3页 2 1.一种激光器系统，包括：一换热器，所述换热器具有贯穿该换热器的孔；一载体，所 述载体上安装有半导体增益芯片，至少部分载体安装于该孔内；以及透镜，。
4、所述透镜安装在 所述换热器上并覆盖所述孔。 2.根据权利要求1所述的系统，其中所述载体包括底座和座架，该底座覆盖该孔的一 端，该座架伸入该孔内，并固定该半导体增益芯片。 3.根据权利要求2所述的系统，其中所述座架包括增加该载体和该换热器间接触表面 的外围伸展体。 4.根据权利要求1所述的系统，其中该载体和该换热器之间的机械接口可相对于该换 热器旋转对准该载体。 5.根据权利要求1所述的系统，其中所述换热器包含散热片。 6.根据权利要求1的所述系统，其中换热器包括放射状延伸的散热片。 7.根据权利要求1所述的系统，换热器机械式连接散热片。 8.根据权利要求1所述的系统，其中所述底座设置有与该换热。
5、器啮合的深度。 9.根据权利要求1所述的系统，其中该载体包括散热基座，所述半导体增益芯片安装 于所述散热基座上。 10.根据权利要求1所述的系统，其中各组件在至少一个的组件空腔内通过其径向定 心至少部分地相互自对准。 11.根据权利要求1所述的系统，其中各部件非功能旋转对称，由此相对于该系统的其 余部分在预定的旋转位置处结合。 12.根据权利要求1所述的系统，还包括粘固到该座架上的体积布拉格元件。 13.根据权利要求1所述的系统，还包括粘固在该座架上的衍射光学元件。 14.根据权利要求1所述的系统，其中该座架包括外围伸展体，所述外围伸展体朝向相 对于该座架中心轴呈至少约200度的角度设置。 1。
6、5.根据权利要求1所述的系统，还包括使空气吹过该换热器的风扇。 16.根据权利要求1所述的系统，其中该透镜为非球形、圆柱形或环面。 17.根据权利要求1所述的系统，其中该载体为TO形罐，该半导体增益芯片安装在该 TO形罐的基座上，以便激光面在完成组装时位于该系统的中心。 18.根据权利要求1所述的系统，还进一步包括一个将空气吹过激光照射区域的风扇。 19.根据权利要求1所述的系统，还包括使空气吹过该激光投射的患者皮肤的风扇。 20.一种组装提供激光器的高功率半导体激光器系统的方法，该激光器被动对准或自 对准并具有无需装配后调节的预定焦点或成像平面，其中该方法包括： 将半导体激光器芯片粘固到载体。
7、上，所述载体配有电源接头和散热工具； 所述载体与换热器具有热交换关系,由此所述换热器与所述载体被动或自对准地进 行有效换热接触；和 将光学元件粘固到所述二极管激光器的换热器及所述载体的一个或两个上； 其中每个由所述方法制得的激光器系统都具有至少一束的自每个半导体激光器芯片 的输出激光，每束输出激光都有无需装配后调节的预定传播方向。 21.根据权利要求20的所述组装方法，其中所述芯片通过与所述载体主体连接的散热 座架与所述载体连接。 权 利 要 求 书CN 102742098 A 2/3页 3 22.根据权利要求21所述的组装方法，其中所述座架具有设定与该换热器啮合深度的 主体。 23.根据权利。
8、要求22所述的组装方法，其中所述座架具有设定与该换热器啮合深度的 主体，该换热器具有中心孔，构建所述座架入孔部分的外表面和所述孔的内表面，使这些表 面在组装时非常接近，以允许所述激光器二极管和所述换热器间进行高效热转移。 24.根据权利要求21所述的组装方法，其中所述激光芯片安装在所述座架的散热基座 部分上。 25.根据权利要求20的所述组装方法，其中各组件在至少一个的组件空腔内通过其径 向定心至少部分地相互自对准。 26.根据权利要求20所述的组装方法，其中风扇与所述系统连接以增强除热。 27.根据权利要求20所述的组装方法，其中每个非功能旋转对称的部件在组装过程中 进行自对准，由此相对于该。
9、系统的其余部分在预定的旋转位置处结合。 28.根据权利要求20所述的组装方法，其中所述座架具有用作散热器的外围伸展体以 增强该座架与该换热器之间的传热速率。 29.根据权利要求28所述的组装方法，其中该座架加上所述外围伸展体朝向相对于所 述载体中心轴呈至少约200度的角度。 30.根据权利要求20所述的组装方法，其中该换热工具和该载体中的一个或两个的定 位可通过使用制动器实现。 31.根据权利要求20所述的组装方法，其中散热片由该设备的中心向外凸出以增强散 热或除热效率。 32.根据权利要求31所述的组装方法，其中至少部分的所述散热片具有增强除热速率 的T形末端。 33.根据权利要求31所述的。
10、组装方法，其中所述方法还包括一底座，所述底座通过提 供至少一个与其它散热片在外形及位置上可区别开来的所述散热片进行同步。 34.根据权利要求20所述的组装方法，还包括通过提供用于连接风扇与所述系统的适 配器以提高除热效率。 35.根据权利要求20所述的组装方法，其中所述载体、所述换热器以及至少一个的光 学元件的对准通过同步实现。 36.根据权利要求20所述的组装方法，其中至少一个透镜是非球形的、圆柱形的或环 面的。 37.根据权利要求20所述的组装方法，其中通过将所述激光器粘固于所述载体上的某 一位置处，该位置在所述载体和所述换热器经相互对准后将位于中心，当组装完成时，该激 光面位于该系统的中。
11、心。 38.根据权利要求20所述的组装方法，其中组装所述座架以便热匹配除热元件内的空 腔，该除热元件紧固到装置上。 39.一种组装提供激光器的半导体激光器系统的方法，该激光器自对准并具有无需装 配后调节的预定焦距或成像平面，其中该方法包括： 将半导体激光器芯片粘固到载体上；和 在所述载体与换热器之间形成换热关系，其中所述换热器与所述载体自对准形成换热 权 利 要 求 书CN 102742098 A 3/3页 4 接触。 40.一种组装光学系统的方法，该光学系统自对准并具有无需装配后调节的预定焦距 或成像平面，其中该方法包括： 将光学元件粘固到二极管激光器的换热器上；和 在所述光学元件与换热器之。
12、间形成换热关系，其中所述换热器与所述光学元件自对准 形成换热接触。 41.一种激光二极管安装系统，该系统包括： 半导体激光器； 至少一个散热构件； 换热器； 和至少一个光学组件，所述光学组件粘固至所述载体和所述换热器中的一个或多个 上；其中每个由所述方法制得的激光器都具有自所述半导体激光器芯片的输出激光束，每 束激光都有无需调整的预定传播方向。 42.一种壳体系统，作为激光器系统的外壳，其具有至少一个的位于激光发射接口处的 触头，当所述触头启动时，允许对该激光器装置进行操作。 43.根据权利要求42所述的触头，通过滚动使其启动。 44.根据权利要求42所述的触头，通过压力传感器使其启动。 45。
13、.根据权利要求42所述的发射激光，其中通过自该触头的反馈按比例控制该光学发 射。 权 利 要 求 书CN 102742098 A 1/9页 5 半导体激光器组装与包装系统 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体激光器的组装与包装系统。 0002 相关申请 0003 本申请要求于2009年11月23日提交的美国专利申请12/623,886的优先权，其 以参考方式全文并入在文本中。 背景技术 0004 激光器有多种用途，随着激光器的效益在新兴市场上得到检验，其用途也随之扩 展。这种扩展了的用途通常需要显著的创新以满足新用途的需求。在这个过程中，新型激 光器的实用性是重要的。目前，许多新波长的廉价。
14、激光二极管正在使用，通过开发大批量低 成本应用所需的高功率激光器的应用，拓宽了激光器在工业、医药和家庭用途的使用潜力。 0005 为使这些项目实用，需要解决一些关键问题。具体地，高功率要求在包括热扩散、 尺寸，成本以及安全等许多领域都需要进行改善。特别重要的是应认真地最小化家用和其 他消耗设备或非传统激光器市场所用激光器系统的成本。在这些市场中，需要高效生产以 获取适合大众市场的成本。 0006 成本最小化不仅需要部件的大批量生产，而且还需要尽量降低其复杂程度并尽量 减少组装劳动。尤其是要避免返工或手工调整对准。这些问题在生产低功率半导体光学设 备，例如，用于读取光碟或类似作用的LEDs（发光。
15、二极管），时都已得到解决。在这些系统中， 半导体LEDs需要有一定的功率等级，但是不需要精确的光学对准和聚焦，因为发射靠近光 碟，而且信号检测不需要精确聚焦。不需要聚焦或重新聚焦是目前大批量激光器芯片的典 型应用情况。 0007 然而，例如在我们待审批的专利申请PCT/US2009/001350，公布为WO 2009/111010A1中描述的低成本高功率激光器新用途，需要借助仪器进行激光器的精确光 学对准，在某些情况下则需要强聚焦。然而，在消耗设备使用中，必须最小化系统的激光器 部件的成本。这些系统的生产成本包括该激光器半导体芯片的生产；该芯片在设备中的组 装；以及该设备的对准和测试。 发明内。
16、容 0008 每种设备的测试和对准仍然需要人的参与。在大众市场或其他大批量设备中，其 中包括便携式医疗设备和其他需要高激光器功率的设备，特别是那些还需要该激光束聚焦 和/或校准的用途，允许使用高功率激光器的关键要素在于取消人力或最小化人力。 0009 本申请描述一种有效而廉价的激光器系统，其中以适用于大规模生产和消费用 途的包装形式提供有效的多瓦激光器性能。该系统可提供各种各样的波长，具体包括 500-2000纳米（nm）的波长。对于消费者的使用而言，优选为吸水率高的区域所发射的人眼 安全波长。 0010 本发明一些方面涉及激光器系统，该激光器系统能够产生用于如医疗诊所、医学 说 明 书CN 。
17、102742098 A 2/9页 6 应用领域、法医/执法和/或消费用途等的大批量市场用途的高功率激光器技术。其关键 创新是多种技术组合以产生激光器系统，该激光器系统可由简单的部件通过几个动作或制 造步骤组装，其因需要在光学对准和“即插即用”操作状态下进行组装而出现，通过墙上的 插座或电池供电都可。 0011 该系统的特征在于在很大程度上采用适合的构造部分进行自我组装。在第一个方 面，提供可简单地通过各部分的物理接触进行组装的部分，自我组装地制造该系统。例如， 配置芯片载体和散热器，以便配有结合芯片的载体可嵌入该散热器内，并通过任选采用粘 合剂或焊接进行增强的紧密配合将该载体固定在适当的位置。。
18、在第二个方面，该系统可以 自我同步旋转。在第三个方面，这些组件在至少一个的组件空腔内通过其径向定心至少部 分地相互自对准。 0012 在其他方面，该系统还包括至少一个光学元件。该光学元件优选通过该系统的空 腔安装。该系统包含风扇以提高散热性能。在组装过程中，优选对每个非功能旋转对称的 组件进行同步，由此相对于该系统其余组件将其结合在预定的旋转位置处。 0013 通常，根据一个方面，本发明的特征在于激光器系统，该系统包括：具有贯穿该换 热器的孔的换热器；其上安装半导体增益芯片的载体，该载体至少部分安装在孔内；以及 安装在该换热器上并盖于孔上的透镜。 0014 在实施方案中，提供使空气流过该换热器。
19、的风扇。在另外的实施例中，该风扇驱动 空气在该激光辐射的区域上或附近流动。 0015 通常，根据另一个方面，本发明的特征在于组装提供激光器的高功率半导体激光 器系统的方法，该激光器被动对准或自对准并具有无需装配后调节的预定焦点或成像平 面，其中该方法包括：将半导体激光器芯片粘固到载体上，所述载体配有电源接头和散热工 具；所述载体与换热器具有热交换关系，由此通过所述换热器与所述载体被动或自对准地 进行有效换热接触；以及将光学元件粘固到所述二极管激光器的换热器及所述载体的一个 或两个上；其中每个由所述方法制得的激光器系统都具有至少一束的自每个半导体激光器 芯片的输出激光，每束输出激光都有无需装配后。
20、调节的预定传播方向。 0016 在实施方案中，该芯片利用散热座架与所述载体的主体结合而实现与该载体的连 接，该散热座架具有设定与该散热器啮合深度的主体。该换热器具有中心孔，构建所述座架 入孔部分的外表面和所述孔的内表面，使这些表面在组装时非常接近，以允许所述激光器 二极管和所述换热器间进行高效热转移。优选地，这些组件在至少一个组件空腔内通过其 径向定心至少部分地相互自对准。在一些情况下的组装过程中，每个非功能旋转对称的组 件可以进行自对准，由此相对于该系统其余部分结合在预定的旋转位置处。 0017 为进行组装，同步的基础是提供至少一个可与其它形状和位置处的散热片区别开 来的所述散热片。通过将所。
21、述激光器固定于所述载体上的某一位置处，该位置在所述载体 和所述换热器经相互对准后将位于中心，当组装完成时，该激光面位于该系统的中心。 0018 通常，根据另一个方面，本发明涉及组装提供激光器的半导体激光器系统的方法， 该激光器自对准并具有无需装配后调整的预定焦距或成像平面，其中该方法包括：将半导 体激光器芯片固定到载体上；以及在所述载体与换热器之间形成换热关系，其中所述换热 器与所述载体自对准形成换热接触。 0019 通常，根据另一个方面，本发明涉及了一种组装光学系统的方法，该光学系统自对 说 明 书CN 102742098 A 3/9页 7 准并具有无需装配后调整的预定焦距或成像平面，其中该。
22、方法包括：将光学元件固定到二 极管激光器的换热器上；以及在所述光学元件与换热器之间形成换热关系，其中所述换热 器与所述光学元件自对准形成换热接触。 0020 通常，根据另一个方面，本发明特征在于激光器二极管安装系统，该系统包括：半 导体激光器；至少一个散热构件；换热器；以及至少一个光学组件，所述光学组件固定至所 述载体和所述换热器中的一个或多个上；其中每个由所述方法制得的激光器都自所述半导 体激光器芯片的输出激光束，每束激光都有无需调整的预定传播方向。 0021 通常，根据另一个方面，本发明的特征在于用作激光器系统外壳的壳体系统，其具 有至少一个位于激光发射接口处的触头，当该触头启动时，允许对。
23、该激光器装置进行操作。 0022 在实施例中，通过滚动或压力传感器启动所述触头。在一些实施例中，该光学发射 与自触头的反馈成比例。 0023 现参照附图及权利要求中声明的内容，更具体地描述包括各部件结构和组合的各 种新颖细节的本发明的上述特征和其它特征以及其它优势。将理解的是，体现本发明的具 体方法和设备通过例证性方式给出，不作为本发明的限制。本发明的原理和特征可在不背 离本发明主旨的各种各样的实施方案中采用。 附图说明 0024 在这些附图中，参考字符在全部各种视图中指相同或相似的部分。这些附图按比 例绘制。其中： 0025 图1是体现本发明各方面的激光器系统的部分分解视图； 0026 图2。
24、是图1中的激光器系统的剖面图； 0027 图3是该激光器芯片及其安装的透视图； 0028 图4是已安装激光器芯片的前视图； 0029 图5a是适用于该激光器系统的透镜的透视图； 0030 图5b是适用于该激光器系统的“X”方向上的透镜的正视图； 0031 图5c是适用于激光系统的透“Y”方向上的透镜的正视图； 0032 图6是安装至图1激光器系统的透镜的正视图； 0033 图7和图8给出体现本发明各方面的设备，其具有备用透镜安装系统； 0034 图9和图10给出体现本发明各方面，具有无需散热片或其它高散热区域换热器的 简单安装系统的设备； 0035 图11给出图1或7中带有可拆卸冷却风扇的装置。
25、； 0036 图12和13给出被动对准激光发动机实施方案的方法的实施例； 0037 图14给出自对准激光发动机的方法； 0038 图15给出用于包装已组装激光发动机的壳体系统的透视图，该壳体系统具有内 嵌的传感器系统； 0039 图16给出图15的替代壳体系统的透视图，该壳体系统用于包装激光发动机并具 有内嵌的传感器系统； 0040 图17给出内嵌有传感器系统的用于包装已组装激光发动机的壳体系统的框图。 说 明 书CN 102742098 A 4/9页 8 具体实施方式 0041 本文中使用的术语通常具有其常规意义。“光学元件”用作本领域已知术语，包括 诸如透镜、棱镜、镜子、光管，漫散屏或相似。
26、元件的组件，其改变光图像，或作用于该激光输 出的光学特征。“同步”或“同步的”表示在装置的给定构件间提供或产生适当的旋转对准。 激光器电源可为任何电源，包括电池或插入式的电能供应。“被动对准”或“自对准”表示装 置中各部分的对准，其中的元件由机械或光学对准元件进行对准，由此该激光器二极管无 需供电便可观察激光是否聚焦或传播。“散热器”是一种散热形式，其包含通过将热量自第 一区域传导至面积大于第一区域的第二区域，适于降低设备内各位置温度的任何设备或其 部分。 0042 在其基本结构中，用于自对准组装和包装半导体激光器，或更一般的半导体增益 芯片的改进包装系统，至少包含半导体增益芯片（例如激光器芯。
27、片）和与该载体接触的换热 器，该芯片与适合的载体结合并与电源相连。优选地，采用同步或其它定位机制，机械或手 动地，该系统的各组件在组装时相互自对准，或易于对准。具体地，本发明提供自对准激光 器系统和制造该系统的方法。 0043 图1是已组装激光器系统的第一实施方案的部分分解全视图。在图1中，该系统 100具有应用式聚焦透镜101；本文中称为换热器或散热器的散热设备103具有正面102； 如下所描的改进型TO-罐形载体104；以及用于激光器和任选用于其它子系统的一条或多 条（通常两条或三条）电源引线105、106。在本实施方案的已成设备中，空气或其它流体流过 该换热器103的散热片。换热器103。
28、内的中心孔108为该系统的其它部分提供安装位置， 并对其进行定位。组装过程中，该透镜101的下部边缘160优选用于旋转同步。 0044 图2给出图1的系统100的剖面图。该透镜101选择性地通过环氧树脂或焊料固 定和安装到该换热器103上，该环氧树脂或焊料应用于该换热器103的最接近表面102上 和/或换热器孔103内，由此通过该换热器103的中心孔108对准透镜101。如激光器芯片 的该半导体增益芯片107安装在如下所详示的该TO罐形装置104上，并与电源引线105、 106相连。该激光器107和该聚焦透镜101之间的距离由该换热器103的中央通道108内 的制动器140、142控制。本实施。
29、方案中，正面102处的通道角用作制动器。在所述换热器 中央通道108内部从激光器芯片107中发射的激光轨迹的剖面标示为110。 0045 该透镜101和该TO罐104之间的间隙由该孔108的壁面横向限定，通常充满空 气。在某些应用中，该间隙中主要填充如氮气、氩气或混合气体的惰性气体。在其它实施例 中，将该间隙抽成真空。在实施例中，该间隙填充如主要为惰性气体的受控制大气，或形成 真空，在透镜101和该换热器103之间以及该TO罐装置104和该换热器103之间的接口都 进行真空密封。 0046 使用如环氧树脂或焊料的固定介质将TO罐104稳固到该换热器上。该介质粘贴 TO罐的区域范围从包围TO罐全。
30、部表面到只是该TO罐表面上的一点。 0047 图3给出该激光载体104更加详细的结构。该TO形载体104包括圆柱形基座 104-1，换热器以及从基座104-1上的表面104-6突出的安装装置（“座架”）120。该座架120 具有伸展体121，底座区域124以及任选的子座架126，其可由非导电材料或导电材料制成。 具有发射激光的正面128的该激光器107，通过如焊接方式结合至子座架126，并通过焊线 130、130-2与引线104-2和104-3电连。该引线104-2和104-3穿过含有电绝缘材料（如玻 说 明 书CN 102742098 A 5/9页 9 璃）104-4和104-5的基座104。
31、-1，与该电源电极或穿过该载体基座104-1的引线105、106 连接。引线105、106在焊线130、132处终止。该阳极焊线130通常通过引线134连接，该引 线134的横截面形状可以是圆形、椭圆形或扁平形，该阴极焊线132通常直接与该座架120 连接。作为工程方式，可倒转该焊线，为一个电源引线提供阳极连接，为另一个电源引线提 供阴极连接。 0048 该激光器107是一种半导体激光器二极管（或“芯片”）。这种激光器在本领域中 已有描述，例如在我们的待审批申请US 2007/0002915A1和PCT/US2009/001350，公布为 WO2009/111010A1中(它们以参考方式全文并。
32、入本文中，无论是否允许这种并入）。但仍可 使用包括砷化镓激光器芯片的其它类型的激光器芯片。本装置中还可使用任何可用波长和 材料系统的激光器芯片。在图3所示的激光器中，自每个焊线130、132的电线使电流穿过 半导体激光器芯片107（如图2和3所示，由上至下），激光垂直于电流方向有差别地穿过该 激光面128发出。（其他表面通常进行涂布以便反射产生的波长）。如可在图2的剖面示意 图中看到的，该发射面128优选位于该透镜101的中心。 0049 图4给出图3中的装置的前视图，由此可清晰地看到激光器107，其任选的支撑 126以及焊线130、132之间的关系。图中还给出了该机械对准接口，该接口旋转式地。
33、自对 准载体104与该换热器103。图中更详细地给出该载体104上的凹口138。通过与该换热 器上的机械齿条相啮合，该机械凹口138可用于旋转式定位载体104与该换热器。在其他 实施例中，当该载体104插入该换热器的中心孔108时，中间工具（未示出）可用于固定该载 体104相对该换热器的旋转定位。组装过程中，任选的机械凹口138或光学基准对于机械 固定式对准各部分是有用的，由此这些部分是同步的，即正确定位，同时环氧树脂或焊料将 各部分永久地结合在一起。 0050 图4的载体104的座架120具有利于热量自该激光器芯片107传至该换热器103 的特征。首先，该座架120具有外围伸展体121，以提。
34、供增强的表面接触，及由此与诸如上图 中换热器103的换热器孔的热传导接触，该伸展体121具有该伸展形的外表面，类似于该座 架120的其作部分。该座架120加上该伸展体121的总圆周范围优选至少200度圆周或更 多，例如240度或更多。如需要，可以使用导热粘合剂或焊料进一步改进热接触。 0051 其次，该座架120中部有中央伸展体或基座124，以将该激光器107定位在例如该 设备的旋转中心，还用作散热器以改善自该激光器107或该任选子座架126到该座架120 的排热。该基座124的侧面设计为弯曲形以改进该传热。虽然未在图中实际给出，但在其 他实施方案中，透镜或例如体布拉格光栅或衍射光的其它光学元。
35、件粘固到该外围伸展体或 座架上。 0052 图5a、5b、5c给出该透镜101更加详细的视图。该系统中的透镜通常非球面，具体 区别于“X”与“Y”方向上的特征，因为自该激光面128（正面）射出的激光沿其宽度（图中的 “y”）方向和沿其高度（图中“x”）方向具有不同的散射。设计该透镜以产生准直光束或聚焦 点。在该透镜x维和y维上的曲率半径是不相同的。在本实施方案中，通过提供具有合适 折射率的一定体积材料，并铸造该材料使其具有如图5a、5b和5c所示的复杂表面轮廓，完 成该设计。该透镜的弯曲表面151相对于该y轴表面，沿该x轴表面具有不同的曲率半径， 由此连续弯曲152的轨迹不是圆，不同于圆形对称。
36、的透镜。该透镜101通常包括可透射激 光的基座153，优选还包括透射板154，该板用于将完整的透镜101粘接至该换热器表面102 说 明 书CN 102742098 A 6/9页 10 （见图1）或其它位置。该透镜的部分151、153以及154所用基材可相同或不同。为提高效 率，优选通过单一操作用某一材料铸造整个透镜装置。该透射板154任选为矩形的边缘表 面160，优选用于相对图1所示的该换热器103表面102对准该透镜101，从而与激光端面 128对准。优选在该透镜（未标出）的光学表面上涂布防反射材料。包括防止划伤的他用涂 布也是可能的。 0053 图6给出具有与该换热器103对准的选定边缘。
37、160的透镜101。在本实施方案中， 该换热器103放射形伸展的散热片的外端交替地为直线型端部170和T形端部171，以最大 化换热面积。然而，该系统在本图所示的散热片172本应具有T形端部，但在本实施方案中 不是这样的。通常以参照方式使用这种散热片可允许该换热器103相对于其他组件进行可 靠定位，并提供组装过程中实现自动定位的途径，这些组件包括该载体104、该激光器107 以及该透镜边缘160。 0054 图7给出替代安装布置的透视图，图8给出通过该相同实施方案中心的剖面图。与 图3中载体104相似的TO罐形装置204安装在换热器203的空腔208内。在具体实施中， 除该装置204以及与图4。
38、中透镜101相似的非球面透镜264以外，该换热器和载体都可用 作散热器。在图8中看得最为清楚，切削该透镜264以便可以插入该空腔208内。可采用 包括例如平面边缘265和/或定位点266的各种方式使该透镜能够可靠定位。通过环氧树 脂或焊料使这些组件中的每一个都固定在适当位置，并且通过机械平面或制动器，或者通 过光学或机械的基准对准进行对准，如图1所示。 0055 图9和图10给出在不需要利用空气流动除去热量时，特别适合的不同样式装置， 该装置因此不需要设计有内部空气或其它流体冷却或传导冷却。图9为透视图，图10为剖 面图。激光包装装置304与前述实施方案中的装置104、204类似。该装置304。
39、固定在具有 中心孔308的盒状换热器外壳310内。外壳310还包括一对配有六角螺旋盖376的螺栓 375，其如所示放置于图9的盒内，并旋入图10(剖面图)的散热器（未给出）内，还可自该块 状外壳310携带走热量。该换热器外壳310设计有两个透镜381和382，而不是前述实施 方案中的一个透镜，但也可只有一个透镜。该中心孔308有三个对透镜和该装置304进行 可靠止动的凹槽361、362和363（见图10）。通常，该装置304提供机械凹口和齿条，如图4 所示（未示出）。该换热器外壳310的矩形轮廓与该定位螺钉375作为一个整体为该装置提 供定位。 0056 图9和10给出两个透镜，381和382。
40、。在本实施方案或其他实施方案中，两个透镜 具有不同的光学功能，这样可以简化该结构，增强该透镜定位的可靠性。具体地，该外部透 镜381可用于聚焦目标上的激光输出。还提供定位该透镜的基准机制。在这些图中，稍微 不同的透镜直径提供确保正确的透镜安装顺序的方法。 0057 本文图中所示的这些设计采用传导冷却或对流冷却。可采用其它冷却方法。图11 给出该系统的辅助冷却风扇。在一些实施中，还为图1中配有透镜101、换热器103和TO罐 形激光器/电子载体104的设备增加了适配器190。该适配器190具有第一最近端192和 用于连接电源引线196的插槽195或其它构造，该第一最近端192的尺寸适合于装入或装。
41、 在该换热器103的末端上。该适配器190具有第二末端194，适于装入或装在预包装风扇 198上。这样，例如风扇和/或其它附加的配件可容易地在最终产品的组装中加入，如图所 示，还可选择用作该激光器的后组装配件。 说 明 书CN 102742098 A 10 7/9页 11 0058 图12和13给出两种可能的用于被动对准激光发动机实施方案的方法的剖面图。 在图12中，该激光器包装装置104安装在包含透孔402和顶面403的基座401上。其主要 特征404与凹口138对准。激光器包装装置104的面104-6直接座于顶面403上。端面 405用于与透镜101的端面160对准。 0059 在图13中。
42、，该激光器包装装置104安装在包含透孔502和顶面503的基座501上。 激光器包装装置104的面104-6直接座在顶面503上。其主要特征504装入该换热器103 的中心通道108内。该主要特征504的端面506与端面405对准。通过紧固到伸展体121 上，使用端面505对准该激光器包装装置104。一旦该激光器包装装置104对准换热器103， 则将主要特征504自该中央通道108中移走。端面405用于对准透镜101的端面160，与图 12所示的类似。 0060 图14给出自对准激光发动机实施方案的方法的剖面图。除该中心通道602朝向该 伸展体121延伸一定距离外，散热器601与换热器103类。
43、似，该伸展体121限制了单元104 的移动范围，允许激光器包装装置104沿一个方向安装。这允许激光器包装装置104向散 热器601自对准。通过紧固到伸展体121上，端面603用于对准该激光器包装装置104。透 镜101的基座153装入该换热器601的透镜通道604内。端面160用于相对于换热器601 和激光器包装装置104对准该透镜101。 0061 图15和图16给出激光发动机壳体系统的透视图。在图15中，壳体701设计用于 安装已完全组装的激光器系统100。该壳体701具有允许激光穿透的输出窗703，一系列允 许空气通过的通风口704，以及在本实例中通过两个接触轮702对其例证性说明的包括。
44、一 个或多个触头的传感器系统。将该传感器系统作为安全机制装配给该激光器系统100。该 传感器系统的目的是检测压力和运动以防止终端用户不必要地暴露在该激光中。在本实例 中，图16中的接触轮702或球形触头712首先用作压力传感器以确认该设备与例如病人皮 肤的处理区域相接触，其次用作运动传感器确认该设备已自初始处理区域移动一定距离以 防止过度暴露于激光下造成伤害。还优选该触头用于控制该激光器装置的发射。产生的电 信号正比于自触头得到的压力值和/或旋转量。随后处理该电信号，并将其用作控制该激 光器装置发射的手段。 0062 该激光器装置100的发射是通过控制系统进行控制，该控制系统自该传感器702 。
45、接收电输入，产生应用于该激光器装置100的电信号。图17给出图15和16中例证性说明 的壳体系统和控制系统的框图。壳体701包含该激光发动机100、控制系统721、传感器系 统702以及电源722。该传感器系统702通过电线与控制系统721连接。该控制系统721 通过一套独立的电线与激光器装置连接。 0063 在一个具体实施中，当该传感器系统702通过压力或运动激活后，电信号便传至 该控制系统，该控制系统随后产生给该激光器装置加能和允许发射的不同的电信号。由此 自该激光器装置的发射通常是连续的，亦或脉冲的，或是两者的组合。设计图17的控制板， 由此自该传感器系统702的电反馈用于产生电信号，当。
46、将其施加给该激光器装置时，产生 为该反馈函数的发射模式。在一个实施方案中，702产生正比于该壳体701运动速率的电信 号。该电信号传至该控制板721并对该信号进行处理。随后，在感应动作的期间，该控制板 输出连续电信号给发射激光的该激光发动机。 0064 该控制板还可用于向该激光器装置100提供信号，该信号正比于自该感应器系统 说 明 书CN 102742098 A 11 8/9页 12 702接收到的信号，该信号是在该壳体701与目标接触并移动时产生。当该传感器系统702 与目标接触，该壳体701运动时，该传感器系统检测到运动的速率或变化，产生正比于运动 速率或变化的电信号。将该信号传至该控制。
47、板721。对于某些应用，该控制板721将脉冲式 电信号输出给该激光器装置100，在动作感应期间，正比于运动速率调整该激光器装置(发 射)的开始时间和重复频率。在其他的应用中，仅在感应运动时，该控制板721才将稳定的 电信号输出给该激光器装置100。 0065 图15和16所示的系统具有利用激光照射皮肤以治疗皱纹，痤疮，疣，皮肤癌和/ 或其他皮肤疾病的应用。在一个实施例中，所述风扇吹动空气以冷却激光二极管散热器且 所述风扇吹动的同样的空气对靠近用激光处理的组织和/或其上的皮肤进行冷却。所有实 施例中的透镜被理想化地设计为在目标组织的表面提供相对均匀的光线，这样就不存在将 会使得所述组织燃烧的热点。
48、。另一实施例包括一将光线分散成多个离散元素（或光点）的减 损透镜以在多块区域对组织进行处理，但是却留下相邻区域不作处理从而使得组织可以快 速治愈以及有限的燃烧。使用图15和16中的滚动单元触发该激光器照射，由此用可控数 量的激光脉冲区域的重叠均匀处理该皮肤。这种采用滚动元件的方法有利于用户，因为大 面积的皮肤会随着激光的自动照射而迅速处理，同时新的皮肤出现在该激光尖端。这允许 用户围绕其皮肤轮廓简单地滚动该设备，并用多种平滑移动(手法)处理该区域。在一个 实施方案中，设计该旋转轮只沿一个方向旋转，从而阻止该激光器向后滚至刚用该激光器 处理过的皮肤上。这种设计防止对特定组织进行双重处理，这种双重。
49、处理通常是不理想的， 因为这可导致该组织的疼痛及胀红。在另一个实施方案中，该透镜设计用于产生直径为500 微米或更少的激光尖点，以产生集中的激光源，该激光源可切割组织，同时凝固该切口的边 缘。在另一个实施方案中，该激光器透镜设计用于获得不能切割组织的点，但可凝固例如直 径为5至10毫米的相对较大面积的组织。 0066 其他的实施方案和特征： 0067 有许多可以利用的选项和变体。在一个实施方案中，如图所示，提供风扇用以使空 气吹过与激光器包装(装置)相关的换热器，例如图1设备的散热器。通过夹，或固定螺钉， 或压配合将该风扇固定到该设备上。在图11的实施方案中，相对于该下游的光学系统，将 该风扇粘固在该激光器的“后面”，并将空气吹过或拖过该芯片或其载体。这样的布置可最 小化对设备轮廓的变化。 0068 本系统的激光器本身及其多个组件如上所述，或已知，各种标准材料和组分可用 制造本发明设备。 0069 安装该芯片的焊料优选金-锡或铟。其他材料包括金-锗、锡-银、锡-银-铜、 铋-锡，或这些材料的二元或三元合。