CN103311799B - 一种自适应蒸发冷却半导体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种自适应蒸发冷却半导体激光器属于半导体激光器技术领域，尤其涉及一种自适应蒸发冷却半导体激光器。本发明提供一种节能、体积小、冷却效率高、性能稳定的自适应蒸发冷却半导体激光器。本发明包括激光器本体，激光器本体中部设置有电光转换模块，激光器本体表面设置有电光转换模块正负极端子，其结构要点激光器本体侧壁设置有液体下行槽和气体上行槽，液体下行槽和气体上行槽的上端、下端均分别与散热冷凝室、储有冷却介质的积液室连通，激光器本体上端相应于散热冷凝室设置有风扇。
Description
技术领域
本发明属于半导体激光器技术领域，尤其涉及一种自适应蒸发冷却半导体激光器。
背景技术
半导体激光器的发展进程中，散热问题一直是一个关键且很难解决的问题。因为其电光转换效率大约为40%～50%，所以输入的电能50%以上都转化成了热能。通过计算，在芯片焊接点处产生的热能将会达到1KW/cm2，如此庞大的热能如果不及时排出，将会严重影响激光器的寿命，导致光电转换效率下降，产生更多的热能，形成恶性循环。
目前多数采用水冷方式对激光器进行冷却，但是存在很大的缺陷。这种方式需要庞大的水冷系统进行配合，冷却水需要定期更换，水中杂质易淀积堵塞，漏水问题导致电路损坏，额外增加动力系统，浪费资源。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种节能、体积小、冷却效率高、性能稳定的自适应蒸发冷却半导体激光器。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括激光器本体，激光器本体中部设置有电光转换模块，激光器本体表面设置有电光转换模块正负极端子，其结构要点激光器本体侧壁设置有液体下行槽和气体上行槽，液体下行槽和气体上行槽的上端、下端均分别与散热冷凝室、储有冷却介质的积液室连通，激光器本体上端相应于散热冷凝室设置有风扇。
作为一种优选方案，本发明所述激光器本体两侧壁均设置有液体下行槽和气体上行槽。
作为另一种优选方案，本发明所述风扇为两个，对称设置在激光器本体上端。
其次，本发明所述冷却介质采用氟利昂。
另外，本发明所述激光器本体上设置有热敏模块。
本发明有益效果：
本发明液体下行槽、气体上行槽、散热冷凝室、积液室形成冷却介质蒸发冷却循环通道，冷却过程不需要消耗外部的能源；冷却效率高，是水冷的10倍以上，因此光电转换效率高；装置体积小、性能稳定、操作可靠、使用简单、维护方便、安全。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明内部结构示意图。
图3为本发明与现有半导体激光器冷却功率对比图。
图中，1为激光器本体、2为端子、3为热敏模块、4为电光转换模块、5为风扇、6为积液室、7为液体下行槽、8为散热冷凝室、9为气体上行槽。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括激光器本体1，激光器本体1中部设置有电光转换模块4，激光器本体1表面设置有电光转换模块4正负极端子2，激光器本体1侧壁设置有液体下行槽7和气体上行槽9，液体下行槽7和气体上行槽9的上端、下端均分别与散热冷凝室8、储有冷却介质的积液室6连通，激光器本体1上端相应于散热冷凝室8设置有风扇5。
所述激光器本体1两侧壁均设置有液体下行槽7和气体上行槽9。
所述风扇5为两个，对称设置在激光器本体1上端。
所述冷却介质采用氟利昂。氟利昂的介电强度很高，气态时大于28KV/25mm，液态时更高，基本上可以说是绝缘的；汽化点适宜，如F-11沸点为23.7℃，适用于电力电子器件的冷却。另外，氟利昂的化学性能稳定，不助燃、没有毒性和腐蚀性，对循环系统的硬件不会造成腐蚀等物理伤害。
所述激光器本体1上设置有热敏模块3。热敏模块3接外部温度检测，便于监测激光器的温度。
如图3所示，蒸发冷却是利用冷却介质从液体转化为气态时吸热，即汽化吸热的原理来实现冷却的。由于汽化带走的热量很大，单位热量所需的流量很小，温差也很小。通过实验数据可知，自然冷却的单位面积最大功耗为0.08W/cm2,风冷的单位面积最大功耗为0.3W/cm2, 有散热片风冷的单位面积最大功耗为1.6W/cm2, 液体冷却的单位面积最大功耗为16W/cm2, 蒸发冷却的单位面积最大功耗为5000W/cm2。由此可见，本发明蒸发冷却的效果特别显著。
本发明专利的运行原理为：当激光器运行时产生热能，使积液室6中的液体汽化后密度发生变化而引起压差变化，汽化后的冷却介质经过气体上行管到达冷凝室中。冷凝室中的气体经过二次冷却变为液体，由于重力的作用使液体经过下行管到达积液室6。如此循环，就可以实现激光器高效率运行。
下面结合附图说明本发明一次动作过程：
当热能传递到积液室6时，冷却介质汽化通过气体上行槽9到达散热冷凝室8，通过风扇5（向里吹）与外界进行热能交换；冷却介质由汽态转化成液态，通过液体下行槽7流回积液室6，完成一次冷却循环。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种自适应蒸发冷却半导体激光器，包括激光器本体（1），激光器本体（1）中部设置有电光转换模块（4），激光器本体（1）表面设置有电光转换模块（4）正负极端子（2），其特征在于激光器本体（1）侧壁设置有液体下行槽（7）和气体上行槽（9），液体下行槽（7）和气体上行槽（9）的上端、下端均分别与散热冷凝室（8）、储有冷却介质的积液室（6）连通，激光器本体（1）上端相应于散热冷凝室（8）设置有风扇（5）；
所述激光器本体（1）两侧壁均设置有液体下行槽（7）和气体上行槽（9）；
所述风扇（5）为两个，对称设置在激光器本体（1）上端；
所述激光器本体（1）上设置有热敏模块（3）；
当热能传递到积液室（6）时，冷却介质汽化通过气体上行槽（9）到达散热冷凝室（8），通过风扇（5）向里吹与外界进行热能交换；冷却介质由汽态转化成液态，通过液体下行槽（7）流回积液室（6），完成一次冷却循环；
所述冷却介质采用氟利昂；
液体下行槽、气体上行槽、散热冷凝室、积液室形成冷却介质蒸发冷却循环通道；
当激光器运行时产生热能，使积液室（6）中的液体汽化后密度发生变化而引起压差变化，汽化后的冷却介质经过气体上行槽（9）到达冷凝室中；冷凝室中的气体经过二次冷却变为液体，重力的作用使液体经过液体下行槽（7）到达积液室（6）；
液体下行槽（7）和气体上行槽（9）均为L槽，液体下行槽（7）与气体上行槽（9）沿激光器本体（1）宽度方向平行布置，激光器本体（1）一侧壁设置有一个液体下行槽（7）和一个气体上行槽（9）。
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