CN108963731A - 风冷激光设备 - Google Patents
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Abstract
一种风冷激光设备，包括激光产生装置、及连接激光产生装置的散热装置；激光产生装置包括外壳、设置在外壳中的光路机构；外壳包括底板，光路机构连接底板的内侧；散热装置包括连接底板外侧的石墨片、连接石墨片的过渡板、连接过渡板的散热片、及连接散热片的散热风扇；石墨片处于底板与过渡板之间；石墨片与底板的外侧面对应；温度检测元件为热敏电阻；温度检测元件设置在所述光路机构上。通过底板的外侧连接石墨片，光路组件所产生的热量经底板传递到石墨片上，由于石墨片横向面内导热系数较大，石墨片上不同部位的温度能保持接近，从而加快底板上温度较高的部位的散热，令激光产生装置内温度保持均衡，且结构简单，无需进行水道的布置。
Description
技术领域
本发明涉及激光设备温控技术，特别是涉及一种风冷激光设备。
背景技术
激光是近代科学技术中的重大发明之一，其中，固体激光广泛应用于工业、医疗、军工、科研等领域；获取能稳定运转的固体激光器，意义重大。在中小功率的端面泵浦的固体激光器中，特别是绿光、紫外等做倍频处理的激光器，由于光学腔内谐振腔依托于结构，激光晶体、Q晶体需要散热，如果不对激光头采用一定的热处理，热胀冷缩结构会变化导致谐振器失调，激光晶体、Q晶体受热太大也会造成器件损坏；基于此，必须对激光头部分进行温控处理，最理想的状态时激光头维持一个恒定的温度不变，过高或过低都会对激光器造成不良影响，而且不同温度值激光输出功率会有所差别，如果激光头温度波动，势必会影响应用效果的不稳定；最好恒定激光头的温度，才能保证激光器持续有效的工作。而在对激光头进行精确均衡的温控时，传统方案一般采用水冷的形式；而水冷温控需要购买冷水机，并在激光器底板设置水道贴合激光头的发热侧面，同时定期换水以保证水道清洁和冷却效果；但采用水冷机导致激光设备结构复杂，在实际的应用存在一定的局限性。
发明内容
基于此，有必要提供一种能实现精确温控且风冷激光设备。
一种风冷激光设备，包括激光产生装置、及连接所述激光产生装置的散热装置；所述激光产生装置包括外壳、设置在所述外壳中的光路机构；所述外壳包括底板，所述光路机构连接底板的内侧；所述散热装置包括连接所述底板外侧的石墨片、连接所述石墨片的过渡板、连接所述过渡板的散热片、及连接所述散热片的散热风扇；所述石墨片处于所述底板与所述过渡板之间；所述石墨片与所述底板的外侧面对应。
上述风冷激光设备，通过底板的外侧连接石墨片，光路组件所产生的热量经底板传递到石墨片上，由于石墨片横向面内导热系数较大，石墨片上不同部位的温度能保持接近，从而加快底板上温度较高的部位的散热，令激光产生装置内温度保持均衡，且结构简单，无需进行水道的布置。
在其中一个实施例中，还包括控制电路；所述控制电路设有第一电流输出端、第二电流输出端；所述激光产生装置还包括温度检测元件；所述温度检测元件对所述激光产生装置的温度进行检测；所述控制电路通过所述温度检测元件获得所述激光产生装置的温度状态；所述散热装置还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片设有第一接触面、第二接触面；所述半导体制冷片还设有第一电源连接端、第二电源连接端；所述半导体制冷片设置在所述过渡板及所述散热片之间，所述半导体制冷片的第一接触面连接所述过渡板，所述半导体制冷片的第二接触面连接所述散热片；所述控制电路的第一电流输出端连接所述半导体制冷片的第一电源连接端；所述控制电路的第二电流输出端连接所述半导体制冷片的第二电源连接端；所述控制电路根据所述温度检测元件的输入信号而调整向所述半导体制冷片输入的电流方向。
在其中一个实施例中，所述温度检测元件为热敏电阻。
在其中一个实施例中，所述温度检测元件设置在所述光路机构上。
在其中一个实施例中，所述温度检测元件设置在所述外壳上。
在其中一个实施例中，还包括护罩，所述散热风扇容置在所述护罩中。
在其中一个实施例中，所述光路机构包括设置在所述底板上的光纤座、设置在所述底板上的镜座、设置在所述底板上的激光晶体组件、设置在所述底板上的调Q晶体组件、及设置在所述底板上的倍频晶体组件。
在其中一个实施例中，所述散热片的一侧为贴合平面，所述散热片的另一侧为散热齿面，所述散热片的贴合平面连接所述过渡板，所述散热风扇与所述散热片的散热齿面连接。
在其中一个实施例中，所述外壳还包括连接所述底板的侧壁、及安装在所述侧壁上的面盖。
在其中一个实施例中，激光产生装置还包括连接侧壁的镜架，所述镜架包括包括圆环部、及连接所述圆环部的挡板部；所述圆环部上设有第一安装孔；所述挡板部上设有通光孔。
附图说明
图1为本发明的一较佳实施例的风冷激光设备的立体示意图；
图2为图1所示的风冷激光设备的分解示意图；
图3为图1所示的风冷激光设备的分解示意图；
图4为控制电路的结构示意图；
图5为图4中的调节模块的电路图；
图6为图1所示的激光产生装置的局部示意图；
图7A为镜架的立体示意图；
图7B为镜架在另一角度的立体示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1至图7B，为本发明一较佳实施方式的风冷激光设备100，用于输出激光光线。该风冷激光设备100包括激光产生装置20、及连接激光产生装置20的散热装置30；激光产生装置20包括外壳21、设置在外壳21中的光路机构22；外壳21包括底板210，光路机构22连接底板210的内侧；散热装置30包括连接底板210外侧的石墨片31、连接石墨片31的过渡板32、连接过渡板32的散热片33、及连接散热片33的散热风扇34；石墨片31处于底板210与过渡板32之间；石墨片31与底板210的外侧面对应。
通过底板210的外侧连接石墨片31，光路机构22所产生的热量经底板210传递到石墨片31上，由于石墨片31横向面内导热系数较大，石墨片31上不同部位的温度能保持接近，从而加快底板210上温度较高的部位的散热，令激光产生装置20内温度保持均衡，且结构简单，无需进行水道的布置。
请参阅图4，在其中一个实施方式中，为根据激光产生装置20不同的温度状态，而向激光产生装置20提供降温或加热功能，确保激光产生装置20的温度在不同的环境下能保持一致的温度，以使激光功率及其他激光性能参数保持稳定，风冷激光设备100还包括控制电路40；控制电路40设有第一电流输出端、第二电流输出端；激光产生装置20还包括温度检测元件23；温度检测元件23对激光产生装置20的温度进行检测；控制电路40通过温度检测元件23获得激光产生装置20的温度状态；散热装置30还包括半导体制冷片35，半导体制冷片35设有第一接触面、第二接触面；半导体制冷片35还设有第一电源连接端、第二电源连接端；半导体制冷片35设置在过渡板32及散热片33之间，半导体制冷片35的第一接触面连接过渡板32，半导体制冷片35的第二接触面连接散热片33；控制电路40的第一电流输出端连接半导体制冷片35的第一电源连接端；控制电路40的第二电流输出端连接半导体制冷片35的第二电源连接端；控制电路40根据温度检测元件23的输入信号而调整向半导体制冷片35输入的电流方向。
具体地，控制电路40将温度检测元件23的输入信号与预定参考值进行比较，预定参考值与激光产生装置20的预定工作温度对应，当激光产生装置20的工作温度高于预定工作温度时，控制电路40根据输入信号与预定参考值之间的关系，而调整半导体制冷片35的电流流入方向，使第一接触面的热量流向第二接触面，即石墨片31上的热量依次经过渡板32、半导体制冷片35传递到散热片33上，再通过散热风扇34所产生的气体流动，带走散热片33上的热量，令激光产生装置20的工作温度向预定工作温度下降；当激光产生装置20的工作温度低于预定工作温度时，控制电路40根据输入信号与预定参考值之间的关系，而调整半导体制冷片35的电流流入方向，使第二接触面的热量流向第一接触面，即散热片33上的热量依次经半导体制冷片35、过渡板32传递到石墨片31上，再通过石墨片31均匀地向激光产生装置20产生热量，散热片33因热量流出而温度低于环境温度，通过散热风扇34所产生的气体流动，令经过的气体向散热片33补充热量，令激光产生装置20的工作温度向预定工作温度上升。
请参阅图5，在其中一个实施方式中，温度检测元件23为热敏电阻RT；在其他实施方式中，温度检测元件23还可以是热电偶。
在其中一个实施方式中，为根据温度检测元件23的检测信号而调整半导体制冷片35的电流方向，控制电路40包括主控模块41、及连接主控模块41的调节模块；主控模块41接收温度检测元件23的输入信号，主控模块41对调向模块42的工作状态进行调整；调向模块42对半导体制冷片35的电流流通方向进行控制。
具体地，主控模块41设有第一驱动端及第二驱动端；主控模块41包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、稳压管D1、三极管Q1、三极管Q2、比较器U1、及比较器U2；比较器U1的同相输入端连接温度检测元件23，比较器U1的同相输入端还通过电阻R1连接电源；比较器U1的反相输入端与参考地之间连接电阻R2，比较器U1的反相输入端与输出端之间连接有电阻R3；比较器U1的输出端连接比较器U2的同相输入端；比较器U2的反相输入端通过电阻R4连接电源，比较器U2的反相输入端还连接稳压管D1的阴极，稳压管D1的阳极连接参考地；比较器U2的输出端连接三极管Q1的控制端，比较器U2的输出端与第一驱动端之间连接电阻R5；三极管Q1的输入端连接第一驱动端，第一驱动端还通过电阻R6连接电源；三极管Q2的控制端与第一驱动端间连接电阻R7；三极管Q2的输入端连接第二驱动端，三极管Q2的输入端还通过电阻R8连接电源；三极管Q1的输出端及三极管Q2的输出端接地。
调向模块42包括三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、及三极管Q6；三极管Q3及三极管Q5的输入端连接电源，三极管Q4及三极管Q6的输出端连接参考地；三极管Q3输出端连接三极管Q6的输入端；三极管Q5输出端连接三极管Q4的输入端；三极管Q3及三极管Q4的控制端连接主控模块41的第一驱动端；三极管Q5及三极管Q6的控制端连接主控模块41的第二驱动端。
在运行过程中，比较器U1对温度检测元件23的输入信号进行放大，比较器U2对比较器U1的输出值与预定电压值进行比较，根据比较结果，三极管Q1与三极管Q2二者之一导通，令第一驱动端或第二驱动端产生驱动信号。
在本实施方式中，温度检测元件23为正温度系数，当激光产生装置20的工作温度高于预定工作温度时，第一驱动端产生驱动信号，三极管Q3及三极管Q4导通，令电流从第一电源连接端流入半导体制冷片35，与之对应，第一接触面的热量流向第二接触面，使石墨片31上的热量依次经过渡板32、半导体制冷片35传递到散热片33上；当激光产生装置20的工作温度低于预定工作温度时，第二驱动端产生驱动信号，三极管Q5及三极管Q6导通，令电流从第二电源连接端流入半导体制冷片35，与之对应，散热片33上的热量依次经半导体制冷片35、过渡板32传递到石墨片31上。
在其中一个实施方式中，为检测激光产生装置20的温度，温度检测元件23设置在光路机构22上；在其他实施方式中，温度检测元件23还可以设置在外壳21上、石墨片31上、或过渡板32上。
请参阅图2，在其中一个实施方式中，为避免散热风扇34的转动受到影响，风冷激光设备100还包括护罩50，散热风扇34容置在护罩50中，在本实施方式中，护罩50连接过渡板32，在其他实施方式中，护罩50与外壳21连接。
请参阅图,6，在其中一个实施方式中，为输出激光光线，光路机构22包括设置在底板210上的光纤座221、设置在底板210上的镜座222、设置在底板210上的激光晶体组件223、设置在底板210上的调Q晶体组件224、及设置在底板210上的倍频晶体组件225；外部光纤端部固定在光纤座221上，通过激光晶体组件223、调Q晶体组件224、及倍频晶体组件225的调整，从而产生输出所需的激光光束。在本实施方式中，为检测到激光产生装置20的内部温度，温度检测元件23设置在镜座222上。
在其中一个实施方式中，为保证散热效果，散热片33的一侧为贴合平面，散热片33的另一侧为散热齿面，散热片33的贴合平面连接过渡板32，散热风扇34与散热片33的散热齿面连接；优选地，散热齿为纯铜材质。
在其中一个实施方式中，外壳21还包括连接底板210的侧壁211、及安装在侧壁211上的面盖212。
请参阅图6至图7B，在其中一个实施方式中，为方便在外壳21上安装扩束镜(图未示)，激光产生装置20还包括连接侧壁211的镜架24，镜架24包括包括圆环部241、及连接圆环部241的挡板部242；圆环部241上设有第一安装孔243；挡板部242上设有通光孔244，通光孔244与激光光束的光斑对应，圆环部241的内侧设有内螺纹；圆环部241通过第一安装孔243及连接件安装在外壳21的侧壁211上；扩束镜与圆环部241的内侧螺纹连接；具体地，扩束镜的光轴与通光孔244对应，通过令激光光束穿过通光孔244，在将扩束镜安装到镜架上，即可实现激光光束通过扩束镜的光轴。
具体地，外壳21上设有输出口，风冷激光设备100运行时，光路机构22运行，产生相应激光光束，激光光束从输出口射出外壳21，具体地，通光孔244与输出口对应；光路机构22在运行的过程中，由于吸收激光光线的能量，令激光产生装置20的温度上升，部分组件对激光光线能量的吸收作用较强，温升较大，导致外壳21内不同位置存在较大温差，通过石墨片31对底板210的贴合，加快底板210上温度较高的部位的散热，令激光产生装置20内温度保持均衡；具体地，过渡板32为铝质。
本实施例中，通过底板的外侧连接石墨片，光路组件所产生的热量经底板传递到石墨片上，由于石墨片横向面内导热系数较大，石墨片上不同部位的温度能保持接近，从而加快底板上温度较高的部位的散热，令激光产生装置内温度保持均衡，且结构简单，无需进行水道的布置。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种风冷激光设备，其特征在于，包括激光产生装置、及连接所述激光产生装置的散热装置；所述激光产生装置包括外壳、设置在所述外壳中的光路机构；所述外壳包括底板，所述光路机构连接底板的内侧；所述散热装置包括连接所述底板外侧的石墨片、连接所述石墨片的过渡板、连接所述过渡板的散热片、及连接所述散热片的散热风扇；所述石墨片处于所述底板与所述过渡板之间；所述石墨片与所述底板的外侧面对应。
2.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，还包括控制电路；所述控制电路设有第一电流输出端、第二电流输出端；所述激光产生装置还包括温度检测元件；所述温度检测元件对所述激光产生装置的温度进行检测；所述控制电路通过所述温度检测元件获得所述激光产生装置的温度状态；所述散热装置还包括半导体制冷片，所述半导体制冷片设有第一接触面、第二接触面；所述半导体制冷片还设有第一电源连接端、第二电源连接端；所述半导体制冷片设置在所述过渡板及所述散热片之间，所述半导体制冷片的第一接触面连接所述过渡板，所述半导体制冷片的第二接触面连接所述散热片；所述控制电路的第一电流输出端连接所述半导体制冷片的第一电源连接端；所述控制电路的第二电流输出端连接所述半导体制冷片的第二电源连接端；所述控制电路根据所述温度检测元件的输入信号而调整向所述半导体制冷片输入的电流方向。
3.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，所述温度检测元件为热敏电阻。
4.根据权利要求3所述的风冷激光设备，其特征在于，所述温度检测元件设置在所述光路机构上。
5.根据权利要求3所述的风冷激光设备，其特征在于，所述温度检测元件设置在所述外壳上。
6.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，还包括护罩，所述散热风扇容置在所述护罩中。
7.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，所述光路机构包括设置在所述底板上的光纤座、设置在所述底板上的镜座、设置在所述底板上的激光晶体组件、设置在所述底板上的调Q晶体组件、及设置在所述底板上的倍频晶体组件。
8.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，所述散热片的一侧为贴合平面，所述散热片的另一侧为散热齿面，所述散热片的贴合平面连接所述过渡板，所述散热风扇与所述散热片的散热齿面连接。
9.根据权利要求1所述的风冷激光设备，其特征在于，所述外壳还包括连接所述底板的侧壁、及安装在所述侧壁上的面盖。
10.根据权利要求9所述的风冷激光设备，其特征在于，激光产生装置还包括连接侧壁的镜架，所述镜架包括包括圆环部、及连接所述圆环部的挡板部；所述圆环部上设有第一安装孔；所述挡板部上设有通光孔。
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