CN111541146A - 一种高效散热的半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高效散热的半导体激光器，涉及激光器技术领域，其包括：套筒、设置在所述套筒内的激光器、第一腔体和第二腔体；沿着所述激光器的长度方向且设置在所述激光器外壁上的散热片；所述散热片为螺旋叶片结构，所述散热片还与所述套筒的内壁连接，并在所述激光器与所述套筒之间形成一螺旋通道，所述螺旋通道与所述第一腔体和第二腔体分别连通；所述半导体激光器还包括设置在所述第一腔体与所述第二腔体之间的震动隔膜，所述震动隔膜用于分隔所述第一腔体与第二腔体，以在所述震动隔膜发生位移后能够同时改变所述第一腔体和第二腔体内的容积。本发明具备高效的散热性能，并能够保证激光器安全稳定的运行和降低意外事故的发生率。

Description

一种高效散热的半导体激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种高效散热的半导体激光器。

背景技术

激光器作为一种能发射激光的装置，由于其具备输出能量大、功率高等突出特点，因而被广泛运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，人们利用激光集中和能量高的特点，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个激光器针头上钻200个孔。激光作为一种能在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果。在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于万根电话铜线所携带的信息量。激光器在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。

但是，现有技术中，许多激光器还存在一些缺点，尤其是因其能量大而带来的热量给激光器散热带来很大的麻烦。现有激光器普遍存在散热效果不理想等问题，由于散热不及时而引起的激光器故障、火灾等事故频频发生，严重制约了激光器的发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高效散热的半导体激光器，其具备高效的散热性能，并能够保证激光器安全稳定的运行和降低意外事故的发生率。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

本申请实施例提供一种高效散热的半导体激光器，包括：套筒、设置在所述套筒内的激光器、第一腔体和第二腔体；沿着所述激光器的长度方向且设置在所述激光器外壁上的散热片；

其中，所述散热片为螺旋叶片结构，所述散热片还与所述套筒的内壁连接，并在所述激光器与所述套筒之间形成一螺旋通道，所述螺旋通道与所述第一腔体和第二腔体分别连通；

所述半导体激光器还包括设置在所述第一腔体与所述第二腔体之间的震动隔膜，所述震动隔膜用于分隔所述第一腔体与第二腔体，以在所述震动隔膜发生位移后能够同时改变所述第一腔体和第二腔体内的容积。

优选地，所述第一腔体靠近所述激光器的腔壁处贯穿设置有第一出气孔，其中，所述第一出气孔与所述螺旋通道连通。

优选地，所述半导体激光器还包括设置在所述第一出气孔与所述螺旋通道之间的第一止回阀。

优选地，所述第一腔体与所述套筒的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第一进气孔。

优选地，所述第一进气孔处设置有第二止回阀，所述第二止回阀靠近所述套筒的内壁进行设置。

优选地，所述第二腔体靠近所述激光器的腔壁处还贯穿设置有第二出气孔，所述第二出气孔与所述螺旋通道连通。

优选地，所述半导体激光器还包括设置在所述第二出气孔与所述螺旋通道之间的第三止回阀。

优选地，所述第二腔体与所述套筒的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第二进气孔。

优选地，所述半导体激光器还包括设置在所述第二进气孔上的第四止回阀，所述第四止回阀靠近所述套筒的内壁进行设置。

优选地，所述半导体激光器还包括设置在所述震动隔膜上的磁铁，所述套筒上设置有与所述磁铁的S极和N极分别对应的电磁铁结构,所述电磁铁结构用于控制所述震动隔膜在所述第一腔体与所述第二腔体之间进行往复运动。

综上所述，相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本发明提供一种高效散热的半导体激光器，包括：套筒、设置在所述套筒内的激光器、第一腔体和第二腔体。其中，激光器设置在套筒内，激光器为发射激光的装置，其发射的激光能量相较于普通光更大，设置在套筒内便于固定且可以防尘。将散热片沿激光器的长度方向且设置在所述激光器外壁上，散热片作为一种散热导体，能够吸收热量，使热量通过散热片传导散发。散热片为螺旋叶片结构，螺旋叶片结构本身增大了散热面积，可以进一步提升散热片的散热效果。散热片连接到套筒使激光器与套筒之间形成螺旋通道，第一腔体和第二腔体分别连通到螺旋通道。第一腔体和第二腔体为螺旋通道提供气流，带动螺旋通道内的气体流动，带走热量。第一腔体与第二腔体之间设置有震动隔膜，第一腔体与第二腔体通过震动隔膜隔离开来，震动隔膜的位移可改变第一腔体和第二腔体的体积。震动隔膜主要用于改变第一腔体和第二腔体的体积，在震动隔膜向第一腔体侧运动时，第一腔体内空气受到挤压进入螺旋通道，带走螺旋通道内的热气流，使散热片进一步散热。此时第二腔体膨胀，吸入外部空气，在震动隔膜向第二腔体侧运动时，第二腔体体积减小，第二腔体内空气受到挤压进入螺旋通道，带走螺旋通道内的热气流，使散热片进一步散热。如此震动隔膜往复运动，使第一腔体和第二腔体内的空气依次进入螺旋通道，带走散热片和螺旋通道内的热量进行散热。这种散热方式，散热速度快，散热面积大，利用第一腔体和第二腔体喷射出压缩空气带走散热片和螺旋通道内的热量，能够极大的提升激光器的散热效果，使激光器安全稳定的运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的半导体激光器的结构示意图；

图2为本发明实施例中的磁铁与电磁铁结构的位置关系示意图；

图3为本发明实施例中的第一出气孔的放大结构示意图。

图标：1-激光器；2-散热片；3-第一止回阀；4-第一出气孔；5-套筒；6-第二止回阀；7-第一进气孔；8-第一腔体；9-第二进气孔；10-第四止回阀；11-第二腔体；12-第二出气孔；13-第三止回阀；14-震动隔膜；15-磁铁；16-第一电磁铁；17-第二电磁铁；18-扁平式收口结构；19-排气孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，“至少一个”代表1个或1个以上。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1所示为本发明实施例的结构示意图，本实施例提供一种高效散热的半导体激光器，包括：套筒5、设置在所述套筒5内的激光器1、第一腔体8和第二腔体11。其中，激光器1设置在套筒5内，激光器1为发射激光的装置，其发射的激光能量相较于普通光更大，设置在套筒5内便于固定且可以防尘。将散热片2沿激光器1的长度方向且设置在所述激光器1外壁上，散热片2作为一种散热导体，能够吸收热量，使热量通过散热片2传导散发。散热片2为螺旋叶片结构，螺旋叶片结构本身增大了散热面积，可以进一步提升散热片2的散热效果。散热片2连接到套筒5使激光器1与套筒5之间形成螺旋通道(图中未标出)，第一腔体8和第二腔体11分别连通到螺旋通道。第一腔体8和第二腔体11为螺旋通道提供气流，带动螺旋通道内的气体流动，带走热量。第一腔体8与第二腔体11之间设置有震动隔膜14，第一腔体8与第二腔体11通过震动隔膜14隔离开来，震动隔膜14的位移可改变第一腔体8和第二腔体11的体积。震动隔膜14主要用于改变第一腔体8和第二腔体11的体积，在震动隔膜14向第一腔体8侧运动时，第一腔体8内空气受到挤压进入螺旋通道，带走螺旋通道内的热气流，使散热片2进一步散热，此时第二腔体11膨胀，吸入外部空气。在震动隔膜14向第二腔体11侧运动时，第二腔体11体积减小，第二腔体11内空气受到挤压进入螺旋通道，带走螺旋通道内的热气流，使散热片2进一步散热。进一步的，在本实施例中螺旋通道尽头处的套筒5上开设有排气孔19，用于排除流动的空气。震动隔膜14的往复运动，使第一腔体8和第二腔体11内的空气依次进入螺旋通道，带走散热片2和螺旋通道内的热量，进行散热。这种散热方式，散热速度快，散热面积大，利用第一腔体8和第二腔体11喷射出压缩空气带走散热片2和螺旋通道内的热量，能够极大的提升激光器1的散热效果，使激光器1安全稳定的运行。

请参照图1，在本实施例中，上述的第一腔体8靠近所述激光器1的腔壁处贯穿设置有第一出气孔4，其中，所述第一出气孔4与所述螺旋通道连通。第一出气孔4主要用于将第一腔体8内的被压缩气体输送到螺旋通道。请参照图3，在本实施例中，第一出气为扁平式收口结构18,这种结构使空气在进入螺旋通道过程中，可以进一步提升空气的出口速度，使空气能够快速的在螺旋通道内运动，带走更多的热量。

在本实施例的上述实施方式中，上述的半导体激光器1还包括设置在所述第一出气孔4与所述螺旋通道之间的第一止回阀3。止回阀作为一种单向控制阀，其主要控制第一腔体8内和螺旋通道内的气体，使第一腔体8内和螺旋通道内的气体分离开来。第一腔体8内的空气可以进入螺旋通道，但是螺旋通道内的空气无法进入第一腔体8，这样防止螺旋通道内的热空气沿着第一出气孔4进入第一腔体8内，造成热气流倒灌。

请参照图1，进一步的，在本实施例的一些实施方式中，第一腔体8与所述套筒5的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第一进气孔7，第一进气孔7开设在套筒5壁上，第一腔体8与第一进气孔7连通。第一进气孔7主要作用是在第一腔体8膨胀时，由于第一腔体8与外部大气压的改变，外部空气可以沿着第一进气孔7进入第一腔体8内。外部冷空气进入腔体，为下一步第一腔体8体积减小压缩冷空气进入螺旋通道做准备。

在本实施例中，上述的第一进气孔7处设置有第二止回阀6，所述第二止回阀6靠近所述套筒5的内壁进行设置。第二止回阀6作为单向阀，其主要作用与第一止回阀3作用类似，其主要是在上述第一腔体8体积减小压缩冷空气进入螺旋通道时，防止压缩空气沿着第一进气孔7回到外部，所以其主要作用是在外部冷空气进入第一腔体8时打开，使外部冷空气进入第一腔体8，在第一腔体8体积减小，压缩冷空气时关闭，防止压缩冷空气沿着第一进气孔7，回到外部环境。

请参照图1，在本实施例中，上述的第二腔体11靠近所述激光器1的腔壁处还贯穿设置有第二出气孔12，所述第二出气孔12与所述螺旋通道连通。第二出气孔12主要用于将第二腔体11内的被压缩气体输送到螺旋通道。在本实施例中，第二出气孔12与第一出气孔4相同，也是扁平式收口结构18,这种结构可以使空气进入螺旋通道过程中，进一步提升空气的出口速度，使空气能够快速的在螺旋通道内运动，带走更多的热量。

在本实施例的上述实施方式中，半导体激光器1还包括设置在所述第二出气孔12与所述螺旋通道之间的第三止回阀13。第三止回阀13作为一种单向控制阀，其主要控制第二腔体11内和螺旋通道内的气体，使第二腔体11内和螺旋通道内的气体分离开来，使第二腔体11内的空气可以进入螺旋通道，但是螺旋通道内的空气无法进入第二腔体11，这样防止螺旋通道内的热空气沿着第二出气孔12进入第二腔体11内，造成热气流倒灌。

请参照图1，进一步的，在本实施例的一些实施方式中，第二腔体11与所述套筒5的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第二进气孔9，第二进气孔9开设在套筒5壁上，第二腔体11与第二进气孔9连通。第二进气孔9主要作用是在第二腔体11膨胀时，由于第二腔体11与外部大气压的改变，外部空气可以沿着第二进气孔9进入第二腔体11内。外部冷空气进入腔体，为下一步第二腔体11体积减小压缩冷空气进入螺旋通道做准备。

在本实施例中，上述的半导体激光器1还包括设置在所述第二进气孔9上的第四止回阀10，所述第四止回阀10靠近所述套筒5的内壁进行设置。第四止回阀10作为单向阀，其主要作用与第三止回阀13作用类似，其主要是在上述第二腔体11体积减小压缩冷空气进入螺旋通道时，防止压缩空气沿着第二进气孔9回到外部，所以其主要作用是在外部冷空气进入第二腔体11时打开，使外部冷空气进入第二腔体11，在第二腔体11体积减小，压缩冷空气时关闭，防止压缩冷空气沿着第二进气孔9，回到外部环境。

需要说明的是，在本实施例中上述的第一止回阀3、第二止回阀6、第三止回阀13和第四止回阀10相同，选用一种呼吸阀作为止回阀，选用呼吸阀可以保证第一腔体8或第二腔体11在一定压力范围内与大气隔绝，又能在超过或低于此压力范围时与大气相通。其中，第一止回阀3和第三止回阀13的安装方向相同，在第一腔体8体积减小时，第一腔体8内气压大于大气压，第一止回阀3关闭。此时，第二腔体11体积增加，第二腔体11内气压小于大气压，第三止回阀13开启。同样的，第二止回阀6和第四止回阀10安装方向与第一止回阀3和第三止回阀13方向相反，在第一腔体8体积减小时，第一腔体8内气压大于螺旋通道内的气压，第二止回阀6开启。在第二腔体11体积增大时，第二腔体11内大气压小于螺旋通道内的气压，第四止回阀10关闭。同样的，上述第一腔体8或第二腔体11状态相反时，上述所有止回阀的状态也发生相应的改变。

请参照图2，所述半导体激光器1还包括设置在所述震动隔膜14上的磁铁15，所述套筒5上设置有与所述磁铁15的S极和N极分别对应的电磁铁15结构,所述电磁铁15结构用于控制所述震动隔膜14在所述第一腔体8与所述第二腔体11之间进行往复运动。在本实施例中，电磁铁15结构为线圈式电磁铁15，缠绕在铁芯上的线圈通电可使铁芯磁化。因此，本实施例中的电磁铁15结构包括与磁铁15的S极对应的第一电磁铁16和与磁铁15的N极对应的第二电磁铁17。本实施例中磁铁15的S极设置在第一腔体8侧，磁铁15的N极设置在第二腔体11侧。在对第一腔体8进行压缩，减小第一腔体8体积时，与S极对应的第一电磁铁16通电，第一电磁铁16在靠近S极侧的铁芯磁化后为铁芯的N极，由于异性相吸属性，S极逐渐靠近第一电磁铁16铁芯的N极。靠近过程中磁铁15带动震动隔膜14向第一腔体8侧移动，此时第一腔体8体积减小，其内部空气开始压缩。在上述过程开始的同时，第二电磁铁17通电，第二电磁铁17在靠近磁铁15的N极侧的铁芯磁化后为铁芯的N极。由于同性相斥，N极远离第二电磁铁17铁芯的N极。因此，可以为磁铁15带动震动隔膜14向第一腔体8侧运动提供一个同性相斥力，加快震动隔膜14运动，并使第二腔体11体积增大膨胀。

相反的，在震动隔膜14到达第一腔体8侧行程终点后，在第一电磁铁16和第二电磁铁17上的线圈上通一个相反电流，两块电磁铁15的铁芯的N极和S极方向都发生对调。此时第一电磁铁16靠近磁铁15的S极处的铁芯为S极，由于同性相斥，磁铁15的S极远离第一电磁铁16，带动震动隔膜14向第二腔室运动逐渐压缩第二腔室内的空气。同时，第二电磁铁17靠近磁铁15N极处的铁芯为S极，由于异性相吸，磁铁15的N极靠近第二电磁铁17，进一步的加快了震动隔膜14的运动。此时，第一腔体8体积增大膨胀。

需要说明的是，上述第一电磁铁16与第二电磁铁17可以共用同一线圈。如果第一电磁铁16的线圈缠绕方向为正，则第二电磁铁17的线圈缠绕方向与第一电磁铁16的线圈缠绕方向相反，其方向为负。如此可以满足上述说明中对第一电磁铁16的铁芯和第二电磁铁17的铁芯磁极变换的需要。

在使用时，为上述线圈通电，磁铁15的S极向第一电磁铁16靠近，带动震动隔膜14向第一腔体8侧运动，第一腔体8体积减小，第一腔体8内空气被压缩。此时第二止回阀6处于关闭状态，第一止回阀3处于开启状态，被压缩的空气沿着第一出气孔4进入螺旋通道。压缩空气进入螺旋通道后高速运动带走散热片2上的热量和螺旋通道，并在螺旋通道尽头处的排气孔19排出。在上述震动隔膜14动作时，磁铁15的N极同时也在远离第二电磁铁17，第二腔体11体积增加，第二进气孔9处的第四止回阀10为开启状体，第二出气孔12处的第三止回阀13为关闭状态，外部与第二腔体11存在压差，使外部空气进入第二腔体11，第二腔体11开始膨胀。

在完成上述动作后，线圈通入反向电流，磁铁15的N极靠近第二电磁铁17，震动隔膜14向第二腔体11侧运动，第二腔体11体积减小，第二腔体11内的空气被压缩。此时第四止回阀10处于关闭状态，第三止回阀13开启，被压缩空气沿着第二出气孔12进入螺旋通道，被压缩的空气进入螺旋通道后高速运动带走散热片2上的热量和螺旋通道，并在螺旋通道尽头处的排气孔19排出。在上述震动隔膜14动作时，磁铁15的S极同时在远离第一电磁铁16，第一腔体8体积增大，第一出气孔4处的第一止回阀3关闭，第一进气孔7处的第二止回阀6开启。由于压差作用，外部空气进入第一腔体8内，第一腔体8开始膨胀。上述过程相互叠加可使震动隔膜14在第一腔体8和第二腔体11内反复运动，使第一腔体8和第二腔体11不断向螺旋通道提供高速气流，带走散热片2上的热量和螺旋通道中的热空气。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效散热的半导体激光器，其特征在于，包括：套筒、设置在所述套筒内的激光器、第一腔体和第二腔体；

沿着所述激光器的长度方向且设置在所述激光器外壁上的散热片；

其中，所述散热片为螺旋叶片结构，所述散热片还与所述套筒的内壁连接，并在所述激光器与所述套筒之间形成一螺旋通道，所述螺旋通道与所述第一腔体和第二腔体分别连通；

所述半导体激光器还包括设置在所述第一腔体与所述第二腔体之间的震动隔膜，所述震动隔膜用于分隔所述第一腔体与第二腔体，以在所述震动隔膜发生位移后能够同时改变所述第一腔体和第二腔体内的容积。

2.根据权利要求1所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述第一腔体靠近所述激光器的腔壁处贯穿设置有第一出气孔，其中，所述第一出气孔与所述螺旋通道连通。

3.根据权利要求2所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括设置在所述第一出气孔与所述螺旋通道之间的第一止回阀。

4.根据权利要求1所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述第一腔体与所述套筒的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第一进气孔。

5.根据权利要求4所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述第一进气孔处设置有第二止回阀，所述第二止回阀靠近所述套筒的内壁进行设置。

6.根据权利要求1所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述第二腔体靠近所述激光器的腔壁处还贯穿设置有第二出气孔，所述第二出气孔与所述螺旋通道连通。

7.根据权利要求6所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括设置在所述第二出气孔与所述螺旋通道之间的第三止回阀。

8.根据权利要求1所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述第二腔体与所述套筒的共同腔壁处还贯穿设置有至少一个第二进气孔。

9.根据权利要求8所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括设置在所述第二进气孔上的第四止回阀，所述第四止回阀靠近所述套筒的内壁进行设置。

10.根据权利要求1所述的高效散热的半导体激光器，其特征在于，所述半导体激光器还包括设置在所述震动隔膜上的磁铁，所述套筒上设置有与所述磁铁的SS极和NN极分别对应的电磁铁结构,所述电磁铁结构用于控制所述震动隔膜在所述第一腔体与所述第二腔体之间进行往复运动。

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