CN108321666A - 红外激光器 - Google Patents

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CN108321666A CN201810113031.6A CN201810113031A CN108321666A CN 108321666 A CN108321666 A CN 108321666A CN 201810113031 A CN201810113031 A CN 201810113031A CN 108321666 A CN108321666 A CN 108321666A
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于德洋
陈飞
张阔
何洋
潘其坤
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    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/04Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/04Arrangements for thermal management
    • H01S3/042Arrangements for thermal management for solid state lasers

Abstract

本发明公开了一种红外激光器,包括:机箱和设置于所述机箱内部的泵浦模块;设置于所述机箱内的半导体制冷片,所述半导体制冷片的第一侧靠近所述泵浦模块设置,所述半导体制冷片的第二侧靠近所述机箱壁设置;设置于所述机箱外部的散热装置,且所述散热装置与所述半导体制冷片的第二侧相对设置。本发明采用半导体制冷片对泵浦模块进行控温,半导体制冷片占用空间小且结构简单噪音小,能够保证激光器小型化的需求。另外,半导体制冷片的制冷效果较好,并且可以通过调整半导体制冷片两端的电压大小和方向以实现对泵浦模块的散热和温度控制。

Description

红外激光器
技术领域
[0001]本发明涉及激光器技术领域,更具体地说,涉及一种红外激光器。
背景技术
[0002]中红外全固态激光器在工作中,泵浦模块会产生大量废热需要及时散去,并保持 泵浦模块的温度在一个稳定范围内,否则会影响泵浦模块的输出波长和输出功率,甚至损 坏激光器。因此需要对中红外全固态激光器内部泵浦模块进行热控,确保激光器正常稳定 工作。
[0003] 目前激光器散热主要采用风冷、水冷、相变制冷、压缩机制冷、微通道热沉散热等 方式,其中大功率栗浦激光器主要采用水冷或压缩机制冷方式,上述两种制冷方式存在体 积重量大、结构复杂、噪音大等问题,不能满足激光器小型化发展需求且温控效果不理想。
[0004] 综上所述,如何既满足小型化需求又保证较好的散热温控效果,是目前本领域技 术人员急需解决的问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明的目的在于提供一种红外激光器,该红外激光器的结构设计可 以既满足小型化需求又保证较好的散热温控效果。
[0006] 为了达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
[0007] 一种红外激光器,包括:
[0008] 机箱和设置于所述机箱内部的泵浦模块;
[0009] 设置于所述机箱内的半导体制冷片,所述半导体制冷片的第一侧靠近所述栗浦模 块设置,所述半导体制冷片的第二侧靠近所述机箱壁设置;
[0010] 设置于所述机箱外部的散热装置,且所述散热装置与所述半导体制冷片的第二侧 相对设置。
[0011] 优选地,上述红外激光器中,还包括设置于所述半导体制冷片的第一侧与所述泵 浦模块之间的热沉底板,所述栗浦模块置于所述热沉底板上侧,所述半导体制冷片的第一 侧位于所述热沉底板的下侧。
[0012] 优选地,上述红外激光器中,所述热沉底板与所述栗浦模块之间以及所述热沉底 板与所述半导体制冷片之间均填充有导热脂。
[0013] 优选地,上述红外激光器中,所述热沉底板为钼铜合金板。
[0014] 优选地,上述红外激光器中,所述散热装置包括与所述机箱壁固定连接的导热管。
[0015] 优选地,上述红外激光器中,所述散热装置还包括设置于所述机箱壁的外侧设置 有多个散热翅片和散热风扇,所述散热风扇与所述散热翅片相对设置。
[0016] 优选地,上述红外激光器中,所述半导体制冷片的第二侧靠近所述机箱底壁设置, 且所述半导体制冷片的第二侧与所述机箱底壁之间填充有导热脂。
[0017] 优选地,上述红外激光器中,还包括用于检测所述栗浦模块的温度的温度传感器 和用于控制所述半导体制冷片的电压的驱动电路模块,所述驱动电路模块与温度传感器和 半导体制冷片均连接,所述驱动电路模块根据所述温度传感器的检测到的温度值控制所述 半导体制冷片的电压大小及方向。
[0018]优选地,上述红外激光器中,所述驱动电路模块位于所述机箱外侧。
[0019]优选地,上述红外激光器中,所述半导体制冷片包括多组制冷片,且每组制冷片包 括4片制冷片,每组的4片制冷片中两两串联后再并联形成一组制冷片 [0020]本发明提供的红外激光器包括机箱、泵浦模块、半导体制冷片以及散热装置。其 中,杲浦模块位于机箱内部,即泵浦模块安装固定在机箱内部。半导体制冷片也设置在机箱 内部,半导体制冷片的第一侧靠近泵浦模块设置,半导体制冷片的第二侧靠近机箱壁设置, 其中半导体制冷片的第一侧和第二侧相对设置。通过控制半导体制冷片的电压方向可以实 现半导体制冷片的第一侧制热且第二侧制冷,或者半导体制冷片的第一侧制冷且第二侧制 热。通过控制半导体制冷片的电压大小可以实现调整半导体制冷片第一侧和第二侧的制冷 量大小。散热装置位于机箱外部,并且散热装置与半导体制冷片的第二侧相对设置,g卩散热 装置能够对半导体制冷片的第二侧实现散热,以带走半导体制冷片的第二侧的热量。
[0021 ]应用本发明提供的红外激光器时,可以通过控制半导体制冷片两端的电压大小和 方向来调整输出制冷量或加热量的大小,以改变泵浦模块的工作温度,从而使泵浦模块始 终处于最佳工作温度。本发明采用半导体制冷片对栗浦模块进行控温,半导体制冷片占用 空间小且结构简单噪音小,能够保证激光器小型化的需求。另外,半导体制冷片的制冷效果 较好,并且可以通过调整半导体制冷片的电压大小实现对泵浦模块的散热和温度控制。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明实施例提供的红外激光器的正侧结构示意图;
[0024]图2为本发明实施例提供的红外激光器的侧面结构示意图;
[0025]图3为本发明实施例提供的半导体片的排布图。
[0026]在图 1-3 中:
[0027] 1-机箱、2-栗浦模块、3-半导体制冷片、4-温度传感器、5-热沉底板、6-散热翅片、 7-导热管、8-散热风扇、9-驱动电路模块、10-光学模块。
具体实施方式
[0028]本发明的目的在于提供一种红外激光器,该红外激光器的结构设计可以既满足小 型化需求又保证较好的散热效果。
[0029]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。
[0030]请参阅图1-图3,本发明实施例提供的红外激光器包括机箱1、栗浦模块2、半导体 制冷片3以及散热装置。其中,泵浦模块2位于机箱1内部,即泵浦模块2安装固定在机箱1内 部。半导体制冷片3也设置在机箱1内部,半导体制冷片3的第一侧靠近栗浦模块2设置,半导 体制冷片3的第二侧靠近机箱壁设置,其中半导体制冷片3的第一侧和第二侧相对设置。通 过控制半导体制冷片3的电压方向可以实现半导体制冷片3的第一侧制热且第二侧制冷,或 者半导体制冷片3的第一侧制冷且第二侧制热。通过控制半导体制冷片3的电压大小可以实 现调整半导体制冷片3第一侧和第二侧的制冷量的大小。散热装置位于机箱1外部,并且散 热装置与半导体制冷片3的第二侧相对设置,即散热装置能够对半导体制冷片3的第二侧实 现散热,以带走半导体制冷片3的第二侧的热量。
[0031] 应用本发明实施例提供的红外激光器时,可以通过控制半导体制冷片3两端的电 压大小和方向来调整输出制冷量或加热量的大小,以改变栗浦模块3的工作温度,以从而使 栗浦模块2始终处于最佳工作温度。本发明采用半导体制冷片3对栗浦模块2进行控温,半导 体制冷片3占用空间小且结构简单噪音小,能够保证激光器小型化的需求。另外,半导体制 冷片3的制冷效果较好,并且可以通过调整半导体制冷片3的电压大小实现对泵浦模块2的 温度控制。
[0032]与现有技术相同的是,机箱1内还设置有光学模块10,从栗浦模块2射出的光经光 学模块10后射出机箱1。
[0033]为了便于连接,上述实施例中还包括设置于半导体制冷片3的第一侧与泵浦模块2 之间的热沉底板5,栗浦模块2置于热沉底板5上侧,即泵浦模块2固定安装在热沉底板5上 侦L半导体制冷片3的第一侧位于热沉底板5的下侧,即半导体制冷片3的第一侧与栗浦模块 2之间通过热沉底板5实现热传递。
[0034]为了提高半导体制冷片3与栗浦模块2之间的热传递,热沉底板5与栗浦模块2之间 填充有导热脂,并且热沉底板5与半导体制冷片3的第一侧之间也填充有导热脂。即在热沉 底板5与栗浦模块2之间的缝隙内以及热沉底板5与半导体制冷片3的第一侧之间的缝隙内 均填充导热脂。其中,导热脂可以具体为散热硅脂。当然也可以不填充导热脂,在此不作限 定。
[0035]进一步地,热沉底板5为钼铜合金板。钼铜合金板密度低且导热率高。当然,热沉底 板5还可以选用其它合金材质,在此不作限定。
[0036]另一实施例中,散热装置包括与机箱壁固定连接的导热管7和散热风扇8,其中导 热管7能够吸收并带走半导体制冷片3的第二侧的热量。导热管7通过螺钉固定在机箱壁外 侧,导热管7内部流通有冷却液。导热管7的外表面可以涂覆有导热脂。
[0037]进一步地,为了提高散热效果,其中散热装置还包括设置于机箱壁的外侧设置有 多个散热翅片6和散热风扇8,散热风扇8与散热翅片6相对设置。其中散热翅片6能将半导体 制冷片3的第二侧的热量向外侧传递,同时散热风扇8促进空气流通。
[0038] 散热翅片6可以为铝制翅片,机箱1也可以为铝制机箱,机箱1与散热翅片6为一体 化结构设计,铝具有密度小及导热性能好的优点,故选用铝制作散热翅片6和机箱1以增强 导热效果。
[0039] 散热风扇8固定在机箱壁的边缘,散热风扇8可以为轴流风扇,散热风扇8的轴线与 散热翅片6平行设置。
[0040] 其中,半导体制冷片3的第二侧靠近机箱底壁设置,且半导体制冷片3的第二侧与 机箱底壁之间也填充有导热脂,即半导体制冷片3的第二侧与机箱底壁之间的间隙内填充 有导热脂,以促进散热。
[0041] 半导体制冷片3的第二侧靠近机箱底壁设置,散热装置也位于机箱1的下侧。当然, 半导体制冷片3的第二侧也可以靠近机箱顶壁设置,散热装置也位于机箱1的上侧,在此不 作限定。
[0042] 为了便于控制半导体制冷片3的第一侧和第二侧的温度,上述红外激光器还可以 包括温度传感器4和驱动电路模块9,其中温度传感器4用于检测泵浦模块2的温度。驱动电 路模块9用于控制半导体制冷片3的电压大小及方向。驱动电路模块9与温度传感器4和半导 体制冷片3均连接,温度传感器4的信号输出端与驱动电路模块9的信号输入端连接,驱动电 路模块9与半导体制冷片3之间电连接。如此设置,驱动电路模块9根据温度传感器4的检测 到的温度值与预设值之差,控制半导体制冷片3两端的电压大小及方向。即驱动电路模块9 根据泵浦模块2的温度控制半导体制冷片3两端的电压大小及方向,使半导体制冷片3对栗 浦模块2进行制冷或加热,以使泵浦模块2始终处于合适的工作温度范围内。
[0043]其中,驱动电路模块9可以位于机箱1外侧。当然,驱动电路模块9也可以位于机箱1 内侧,在此不作限定。
[0044]其中,温度传感器4可以通过导热硅胶黏贴固定在热沉底板5的上侧,当然也可以 设置在机箱1的内壁上,在此不作限定。
[0045]如图3所示,上述任一实施例中,半导体制冷片3可以包括多组制冷片,且每组制冷 片包括4片制冷片,每组的4片制冷片中两两串联后再并联形成一组制冷片。即每组的4片制 冷片分别为第一制冷片、第二制冷片、第三制冷片和第四制冷片,其中第一制冷片和第二制 冷片串联,第三制冷片和第四制冷片串联,串联后的第一制冷片和第二制冷片与串联后的 第三制冷片和第四制冷片并联。当然,多个制冷片还可以以其它形式连接,在此不作限定。 [0046]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0047] 对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。

Claims (10)

1. 一种红外激光器,其特征在于,包括: 机箱⑴和设置于所述机箱⑴内部的栗浦模块(2); 设置于所述机箱(1)内的半导体制冷片(3),所述半导体制冷片(3)的第一侧靠近所述 泵浦模块⑵设置,所述半导体制冷片(3)的第二侧靠近所述机箱壁设置; 设置于所述机箱(1)外部的散热装置,且所述散热装置与所述半导体制冷片(3)的第二 侧相对设置。
2. 根据权利要求1所述的红外激光器,其特征在于,还包括设置于所述半导体制冷片 C3)的第一侧与所述栗浦模块(2)之间的热沉底板(5),所述泵浦模块(2)置于所述热沉底板 (5)上侧,所述半导体制冷片⑶的第一侧位于所述热沉底板⑸的下侧。
3. 根据权利要求2所述的红外激光器,其特征在于,所述热沉底板(5)与所述杲浦模块 (2)之间以及所述热沉底板⑸与所述半导体制冷片⑶之间均填充有导热脂。
4. 根据权利要求2所述的红外激光器,其特征在于,所述热沉底板(5)为钼铜合金板。
5. 根据权利要求1所述的红外激光器,其特征在于,所述散热装置包括与所述机箱壁固 定连接的导热管(7)。
6.根据权利要求5所述的红外激光器,其特征在于,所述散热装置还包括设置于所述机 箱壁的外侧设置有多个散热翅片⑹和散热风扇(8),所述散热风扇⑻与所述散热翅片(6) 相对设置。
7. 根据权利要求5所述的红外激光器,其特征在于,所述半导体制冷片(3)的第二侧靠 近所述机箱底壁设置,且所述半导体制冷片(3)的第二侧与所述机箱底壁之间填充有导热 脂。
8. 根据权利要求1所述的红外激光器,其特征在于,还包括用于检测所述栗浦模块(2) 的温度的温度传感器(4)和用于控制所述半导体制冷片(¾的电压的驱动电路模块(9),所 述驱动电路模块⑼与温度传感器⑷和半导体制冷片⑶均连接,所述驱动电路模块⑼根 据所述温度传感器⑷的检测到的温度值控制所述半导体制冷片C3)的电压大小及方向。
9.根据权利要求8所述的红外激光器,其特征在于,所述驱动电路模块(9)位于所述机 箱⑴外侧。
10.根据权利要求1所述的红外激光器,其特征在于,所述半导体制冷片(3)包括多组制 冷片,且每组制冷片包括4片制冷片,每组的4片制冷片中两两串联后再并联形成一组制冷 片。
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