CN113363802A - 一种高功率半导体激光器镜片散热系统 - Google Patents

一种高功率半导体激光器镜片散热系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高功率半导体激光器镜片散热系统，包括聚焦镜片，所述聚焦镜片的进光侧沿其轴心方向环形阵列式开设有若干组散热单元，若干组所述进水槽和回水槽与若干组散热单元一一对应，所述散热单元包括若干环形散热槽及与环形散热槽连接的散热线槽和回水线槽，若干所述环形散热槽的圆环轴心位于同一轴心连线上，本发明通过在入射点周围设置环形散热槽，从而通过进水管输入的冷却水及时将激光入射位置周围的热量输出，通过主动齿轮驱动镜片固定座进而带动聚焦镜片旋转，从而在镜片工作的间隙调整光束的入射点，防止热量聚集导致镜片表面产生光斑现象，大大提高了镜片的使用寿命。

Description

一种高功率半导体激光器镜片散热系统
技术领域
本发明涉及半导体激光器技术领域，具体为一种高功率半导体激光器镜片散热系统。
背景技术
现有技术中申请号为“CN201310525919.8”的一种高功率半导体激光器加工系统，该高功率半导体激光器加工系统的光束聚焦模块的夹持机构通过散热块安装固定于壳体的内底面；在光束聚焦模块的镜片夹持接触位置设置有导热缓冲垫层；在壳体内部设置有密封的水冷通道，该水冷通道自进水口至出水口在壳体底部形成环形水路，主要分为进水段、弯折部A、弯折部B以及出水段，其中进水段和出水段分别位于壳体内部两侧平行设置，在散热块与对应位置的壳体的内底面之间，设置有沿光束聚焦模块径向弯折的通道作为所述弯折部A，用于对光束聚焦模块散热；弯折部B位于壳体的前端头部环绕保护窗口，用于对保护窗口散热，上述装置体积小，质量轻，散热效果好。
但是上述该高功率半导体激光器加工系统在使用过程中仍然存在较为明显的缺陷：1、上述装置通过水冷循环散热作用于整个装置内部，虽然起到了散热效果，但对于热量聚集部位的散热不够精准，当激光穿透聚焦镜片时，镜片上产生的热量若无法及时输出，长时间会对镜片产生不可逆转的损伤，进而造成镜片报废，上述装置没有对聚焦镜片进行针对性的散热保护；2、由于聚焦镜片在工作过程中，半导体激光器的光束只作用于一点，在工作间隙需要不断调节照射位置，从而防止光束长期聚集在一点导致镜片上形成光斑，从而造成镜片损伤，影响镜片的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率半导体激光器镜片散热系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高功率半导体激光器镜片散热系统，包括聚焦镜片，所述聚焦镜片的进光侧沿其轴心方向环形阵列式开设有若干组散热单元，所述聚焦镜片侧边沿其轴心方向环形阵列式开设有若干组进水槽和回水槽，若干组所述进水槽和回水槽与若干组散热单元一一对应，所述散热单元包括若干环形散热槽及与环形散热槽连接的散热线槽和回水线槽，若干所述环形散热槽的圆环轴心位于同一轴心连线上，若干所述环形散热槽通过聚焦镜片上开设的散热线槽连通，所述散热线槽与进水槽连通，远端的所述环形散热槽通过回水线槽与回水槽连通；
所述聚焦镜片固定安装在镜片固定座上，所述镜片固定座内侧开设有若干组与进水槽和回水槽一一对应的储水槽和换水槽，若干组所述储水槽和换水槽分别通过侧边开设的通孔与进水管和出水管连通，所述进水管和出水管与散热循环水箱连通；
所述镜片固定座侧边开设有齿牙，所述镜片固定座侧边的齿牙与主动齿轮啮合，所述主动齿轮固定安装在步进电机的驱动轴上；
若干组所述散热单元均通过封闭盖板固定连接。
优选的，所述镜片固定座侧边还开设有环形卡槽，所述环形卡槽内活动设置有一对卡接限位块，所述卡接限位块固定安装在C型固定板上，所述C型固定板通过立杆固定安装在底座上。
优选的，所述步进电机通过电机座固定安装在底座上。
优选的，所述散热循环水箱固定安装在底座上。
优选的，所述聚焦镜片进光侧的后端设置有半导体激光器。
优选的，若干组所述散热单元的数量L≥4。
优选的，若干所述环形散热槽的数量M≥3。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明通过在聚焦镜片上开设环形散热槽，当激光从环形散热槽的圆心位置入射时，通过进水管输入的冷却水及时将激光入射位置周围的热量输出，防止热量聚集导致镜片表面产生光斑现象，通过该种冷却方式能够针对性地对聚焦镜片进行保护；
2.本发明通过主动齿轮驱动镜片固定座进而带动聚焦镜片旋转，从而在镜片工作的间隙调整光束的入射点，防止光束长期作用于一点导致镜片上产生光斑，配合针对性冷却方式的设置，大大提高了镜片的使用寿命。
本发明通过在入射点周围设置环形散热槽，从而通过进水管输入的冷却水及时将激光入射位置周围的热量输出，通过主动齿轮驱动镜片固定座进而带动聚焦镜片旋转，从而在镜片工作的间隙调整光束的入射点，防止热量聚集导致镜片表面产生光斑现象，大大提高了镜片的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体示意图；
图2为本发明的整体结构拆卸示意图；
图3为本发明的聚焦镜片安装结构示意图；
图4为本发明的A区域放大结构示意图。
图中：1聚焦镜片、2散热单元、3进水槽、4回水槽、5环形散热槽、6散热线槽、7回水线槽、8镜片固定座、9储水槽、10换水槽、11通孔、12散热循环水箱、13齿牙、14主动齿轮、15步进电机、16封闭盖板、17环形卡槽、18卡接限位块、19C型固定板、20立杆、21底座、22电机座、23半导体激光器。
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。
实施例：
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：
一种高功率半导体激光器镜片散热系统，包括聚焦镜片1，聚焦镜片1进光侧的后端设置有半导体激光器23，聚焦镜片1的进光侧沿其轴心方向环形阵列式开设有四组散热单元2，聚焦镜片1侧边沿其轴心方向环形阵列式开设有四组进水槽3和回水槽4，四组进水槽3和回水槽4与四组散热单元2一一对应，散热单元2包括三个环形散热槽5及与环形散热槽5连接的散热线槽6和回水线槽7，三个环形散热槽5的圆环轴心位于同一轴心连线上，三个环形散热槽5通过聚焦镜片1上开设的散热线槽6连通，散热线槽6与进水槽3连通，远端的环形散热槽5通过回水线槽7与回水槽4连通；
通过向进水槽3内加注循环水，冷却水通过散热线槽6依次进入环形散热槽5内，在激光器工作过程中，光束仅穿透处在同一同心圆区域的几个环形散热槽5，通过向各个散热单元2内进行水冷循环，从而针对性地进行散热，有效延长了聚焦镜片4的使用寿命，镜片上产生的热量能够及时输出，防止光斑形成，在实际使用过程中，通过向光束照射区域的散热单元2进行水冷散热，一方面节约了散热循环水箱12的负担，同时能够起到比整体性装置散热更好的散热效果；
聚焦镜片1固定安装在镜片固定座8上，镜片固定座8内侧开设有四组与进水槽3和回水槽4一一对应的储水槽9和换水槽10，四组储水槽9和换水槽10分别通过侧边开设的通孔11与进水管和出水管连通，进水管和出水管与散热循环水箱12连通，散热循环水箱12固定安装在底座21上；
通过散热循环水箱12向各个储水槽9的通孔11输入冷却水，通过储水槽9与进水槽3的密切配合，从而使得冷却水进入散热单元2内，冷却水通过回水槽4经过与其密切配合的换水槽10最终通过通孔11排出该装置；
镜片固定座8侧边开设有齿牙13，镜片固定座8侧边的齿牙13与主动齿轮14啮合，主动齿轮14固定安装在步进电机15的驱动轴上，步进电机15通过电机座22固定安装在底座21上；
在激光光束工作的间隙，通过步进电机15转动带动主动齿轮14转动，进而带动镜片固定座8转动，从而改变聚焦镜片1的照射位置，避免长时间照射同一位置导致镜片上产生光斑，步进电机15通过每次转动1/4圈，随后回转的方式进行照射位置的转换，同时有效防止了供水管路的缠绕。
若干组散热单元2均通过封闭盖板16固定连接，通过封闭盖板16将散热单元2进行封闭，使其内部形成封闭的冷却水通道，在水冷过程中防止冷却水溢出。
作为一个优选，镜片固定座8侧边还开设有环形卡槽17，环形卡槽17内活动设置有一对卡接限位块18，卡接限位块18固定安装在C型固定板19上，C型固定板19通过立杆20固定安装在底座21上，通过C型固定板19及环形卡槽17的设置，使得镜片固定座8进行活动固定，从而保证镜片固定座8旋转的稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种高功率半导体激光器镜片散热系统，包括聚焦镜片(1)，其特征在于：所述聚焦镜片(1)的进光侧沿其轴心方向环形阵列式开设有若干组散热单元(2)，所述聚焦镜片(1)侧边沿其轴心方向环形阵列式开设有若干组进水槽(3)和回水槽(4)，若干组所述进水槽(3)和回水槽(4)与若干组散热单元(2)一一对应，所述散热单元(2)包括若干环形散热槽(5)及与环形散热槽(5)连接的散热线槽(6)和回水线槽(7)，若干所述环形散热槽(5)的圆环轴心位于同一轴心连线上，若干所述环形散热槽(5)通过聚焦镜片(1)上开设的散热线槽(6)连通，所述散热线槽(6)与进水槽(3)连通，远端的所述环形散热槽(5)通过回水线槽(7)与回水槽(4)连通；
所述聚焦镜片(1)固定安装在镜片固定座(8)上，所述镜片固定座(8)内侧开设有若干组与进水槽(3)和回水槽(4)一一对应的储水槽(9)和换水槽(10)，若干组所述储水槽(9)和换水槽(10)分别通过侧边开设的通孔(11)与进水管和出水管连通，所述进水管和出水管与散热循环水箱(12)连通；
所述镜片固定座(8)侧边开设有齿牙(13)，所述镜片固定座(8)侧边的齿牙(13)与主动齿轮(14)啮合，所述主动齿轮(14)固定安装在步进电机(15)的驱动轴上；
若干组所述散热单元(2)均通过封闭盖板(16)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：所述镜片固定座(8)侧边还开设有环形卡槽(17)，所述环形卡槽(17)内活动设置有一对卡接限位块(18)，所述卡接限位块(18)固定安装在C型固定板(19)上，所述C型固定板(19)通过立杆(20)固定安装在底座(21)上。
3.根据权利要求2所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：所述步进电机(15)通过电机座(22)固定安装在底座(21)上。
4.根据权利要求2所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：所述散热循环水箱(12)固定安装在底座(21)上。
5.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：所述聚焦镜片(1)进光侧的后端设置有半导体激光器(23)。
6.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：若干组所述散热单元(2)的数量L≥4。
7.根据权利要求1所述的一种高功率半导体激光器镜片散热系统，其特征在于：若干所述环形散热槽(5)的数量M≥3。
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