CN107968316A - 一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置 - Google Patents

一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置 Download PDF

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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
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Abstract

本发明公开了一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，包括封装外壳和半导体激光器，激光器安装在封装外壳内，封装外壳内设有冷水罐，冷水罐上设有进水口和出水口，冷水罐连接有冷却管道，其中一部分冷却管道设置在半导体激光器上，另一部分的冷却管道安装在封装外壳内壁上，安装在封装外壳内壁上的冷却管道内设有毛细管，冷却管道表面增设有间隔均匀分布的TEC，封装外壳外表面设有散热片，与进水口连接，冷水罐上还设有替换冷却液的第二进水口，第二进水口铰接有密封口，冷水罐上设有风扇，结构简单稳定，操作安全，快速高效冷却的目的，利用半导体制冷器TEC的制冷效果，使温度升高的冷却导管快速冷却，从而进行新一轮的冷却作用。

Description

一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置
技术领域
本发明涉及半导体应用技术领域，具体为一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置。
背景技术
半导体激光器又称激光二极管，是用半导体材料作为工作物质的激光器。由于物质结构上的差异，不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。半导体激光器件，可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器在室温时多为脉冲器件，而双异质结激光器室温时可实现连续工作。
半导体二极管激光器是最实用最重要的一类激光器。它体积小、寿命长，并可采用简单的注入电流的方式来泵浦其工作电压和电流与集成电路兼容，因而可与之单片集成。并且还可以用高达GHz的频率直接进行电流调制以获得高速调制的激光输出。由于这些优点，半导体二极管激光器在激光通信、光存储、光陀螺、激光打印、测距以及雷达等方面以及获得了广泛的应用。
目前，基于半导体激光器的医疗装置一般主要由光源、光学系统、水循环系统以及制冷系统等组成，目前产品的水循环系统和制冷系统的结构设计存在冷却效率低，导致在使用的时候温度过高，严重影响半导体激光器的作用效果。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，结构简单稳定，操作安全，快速高效冷却的目的，冷却管道内设有毛细管，增加冷却导管的接触面积，利用半导体制冷器TEC的制冷效果，使温度升高的冷却导管快速冷却，从而进行新一轮的冷却作用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，包括封装外壳和半导体激光器，所述激光器安装在封装外壳内，所述封装外壳内设有冷水罐，所述冷水罐上设有进水口和出水口，所述冷水罐连接有冷却管道，其中一部分所述冷却管道设置在所述半导体激光器上，另一部分的所述冷却管道安装在所述封装外壳内壁上，安装在所述封装外壳内壁上的冷却管道内设有若干均匀分布的毛细管，所述冷却管道表面增设有间隔均匀分布的TEC，所述TEC为串联连接，所述封装外壳外表面设有散热片，与所述进水口连接，所述冷水罐上还设有替换冷却液的第二进水口，所述第二进水口铰接有密封口，所述冷水罐上设有风扇，所述冷水罐内装有酒精。
作为本发明一种优选的技术方案，在所述半导体激光器上设有S形轨道，所述冷却管道铺设在所述S形轨道内。
作为本发明一种优选的技术方案，所述封装外壳内壁设有安装槽，所述安装槽为两块相互平行的耳形板，所述冷却管道嵌套在所述耳形板内。
作为本发明一种优选的技术方案，所述耳形板上设有圆弧，所述TEC安装在所述冷却管道与封装外壳之间的缝隙中。
作为本发明一种优选的技术方案，所述进水口和出水口与冷却管道之间均通过螺纹连接，所述进水口和出水口与冷却管道连接处均设有密封橡胶圈。
作为本发明一种优选的技术方案，所述第二进水口为楼梯状结构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述密封口内也设有密封圈，所述密封圈呈圆圈形结构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述安装槽的竖直高度低于所述半导体激光器的竖直高度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结构简单稳定，操作安全，通过在半导体激光器上直接铺设冷却管道，达到快速高效冷却的目的，并且增加冷却导管的接触面积，利用半导体制冷器TEC的制冷效果，使温度升高的冷却导管快速冷却，从而进行新一轮的冷却作用。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的毛细管结构示意图。
图中1-封装外壳；2-半导体激光器；3-冷水罐；4-进水口；5-出水口；6-冷却管道；7-毛细管；8-TEC；9-散热片；10-第二进水口；11-密封口；12-风扇；13-S形轨道；14-耳形板；15-密封圈；16-密封塞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」等，仅是参考附加图式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
实施例：
如图1和图2所示，本发明提供了一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，包括封装外壳1和半导体激光器2，所述半导体激光器2安装在封装外壳1内，所述封装外壳1内设有冷水罐3，所述冷水罐3上设有进水口4和出水口5，所述进水口4、出水口5与冷却管道6之间均通过螺纹连接，所述进水口4、出水口5与冷却管道6连接处均设有密封橡胶圈15，所述密封橡胶圈15起到有效的防漏水作用，所述冷水罐3连接有冷却管道6，其中一部分所述冷却管道6设置在所述半导体激光器2上，在所述半导体激光器2上设有S形轨道13，所述冷却管道6铺设在所述S形轨道13内，对冷却管道6起到限位固定的作用，加强装置的稳固性，另一部分的所述冷却管道6安装在所述封装外壳1内壁上，所述封装外壳1内壁设有安装槽，所述安装槽为两块相互平行的耳形板14，所述冷却管道6嵌套在所述耳形板14内，安装在所述封装外壳1内壁上的冷却管道6内设有若干均匀分布的毛细管7。
所述冷却管道6表面增设有间隔均匀分布的TEC8，所述耳形板14上设有圆弧，所述TEC8安装在所述冷却管道6与封装外壳1之间的缝隙中，所述TEC8为串联连接，所述封装外壳1外表面设有散热片9，所述冷却管道6与所述进水口4连接，所述冷水罐3上还设有替换冷却液的第二进水口10，述第二进水口10为楼梯状结构，所述第二进水口10铰接有密封口11，所述密封口11内也设有密封塞16，所述密封塞16呈圆圈形结构，所述冷水罐3上设有风扇12。
优选的是，所述耳形板14的竖直高度低于所述半导体激光器2的竖直高度，增加冷却液的流动性。
值得说明的是，TEC，半导体制冷器的缩写，半导体致冷器是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。TEC包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生″热″侧和″冷″侧，这就是TEC的加热与致冷原理。
综上所述，本发明的主要特点在于：
结构简单稳定，在进水口和出水口处增加密封圈，操作安全防漏水，通过在半导体激光器上直接铺设冷却管道，达到快速高效冷却的目的，冷却管道内设有毛细管，增加冷却导管的接触面积，利用半导体制冷器TEC的制冷效果，使温度升高的冷却导管快速冷却，从而进行新一轮的冷却作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，包括封装外壳(1)和半导体激光器(2)，所述半导体激光器(2)安装在封装外壳(1)内，其特征在于：所述封装外壳(1)内设有冷水罐(3)，所述冷水罐(3)上设有进水口(4)和出水口(5)，所述冷水罐(3)连接有冷却管道(6)，其中一部分所述冷却管道(6)设置在所述半导体激光器(2)上，另一部分的所述冷却管道(6)安装在所述封装外壳(1)内壁上，安装在所述封装外壳(1)内壁上的冷却管道(6)内设有若干均匀分布的毛细管(7)，所述冷却管道(6)表面增设有间隔均匀分布的TEC(8)，所述TEC(8)为串联连接，所述封装外壳(1)外表面设有散热片(9)，所述冷却管道(6)与所述进水口(4)连接，所述冷水罐(3)上还设有替换冷却液的第二进水口(10)，所述第二进水口(10)铰接有密封口(11)，所述冷水罐(3)上设有风扇(12)。
2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：在所述半导体激光器(2)上设有S形轨道(13)，所述冷却管道(6)铺设在所述S形轨道(13)内。
3.根据权利要求1所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：所述封装外壳(1)内壁设有安装槽，所述安装槽为两块相互平行的耳形板(14)，所述冷却管道(6)嵌套在所述耳形板(14)内。
4.根据权利要求2所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：所述耳形板(14)上设有圆弧，所述TEC(8)安装在所述冷却管道(6)与封装外壳(1)之间的缝隙中。
5.根据权利要求1所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装
置，其特征在于：所述进水口(4)、出水口(5)与冷却管道(6)之间均通过螺纹连接，所述进水口(4)、出水口(5)与冷却管道(6)连接处均设有密封橡胶圈(15)。
6.根据权利要求1所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：所述第二进水口(10)为楼梯状结构。
7.根据权利要求1所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：所述密封口(11)内也设有密封塞(16)，所述密封塞(16)呈圆圈形结构。
8.根据权利要求3所述的一种高功率半导体医疗激光器的高效冷却装置，其特征在于：所述耳形板(14)的竖直高度低于所述半导体激光器(2)的竖直高度。
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