CN114552336B - 一种散热系统及其激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，提供一种散热系统，收容于激光器机箱内，包括：至少一相变制冷模块和至少一风冷模块，其中，所述激光器中工作温度最高的发热器件和/或热能转化最多的发热器件安装于所述制冷模块的上方，所述激光器中工作温度次高的发热器件或热能转化次多的发热器件安装于所述风冷模块的至少一侧，本发明采用相变制冷技术，减小了激光器体积，提高了激光器的集成化组装，有利于激光器在多种场合进行应用。

Description

一种散热系统及其激光器

技术领域

本发明涉及高功率激光器领域，特别涉及一种散热系统及其激光器。

背景技术

光纤激光器具有结构紧凑、散热性能好、转换效率高、光束质量优良和性能稳定等优点已经逐步取代固体激光器、化学激光器等成为当前激光市场上的主流产品，广泛应用于工业制造。然而，在激光器工作过程中，会散发大量的热量，这些热量若不及时中和或者排除会严重的影响激光器的正常使用，甚至直接烧毁激光器。目前，光纤激光器的散热方法主要还是风冷散热和液冷散热。针对小功率光纤激光器，采用风冷散热就可以满足散热需求。针对中高功率的光纤激光器，一般使用液冷散热。但是液冷散热中，需要配置水冷机，水冷机的体积及重量较大，故一般只能设置于激光器外部。随着激光器功率的进一步提高，冷水机的体积和重量就必须加大，才能满足散热需求。这不利于激光器的集成化设计，同时，液冷散热在应用过程中也存在液体泄漏等问题。此外，随着光纤激光器在工业制造的深入使用，对光纤激光器的应用场景也提出了更高的要求。若是外配置庞大的冷水机，不仅使激光器结构复杂，也不利于激光器随意移动，故限制了激光器在不同的场所进行应用。

此前，虽然也有相关技术介绍采用制冷介质相变的过程（相变制冷）实现激光器高效的散热，但是，制冷介质相变散热原理在中高功率激光器的应用中，其激光器的体积依旧不能进一步减小。例如，发明专利：含高效温控装置的光纤激光器（CN201510634911.4）公开的内容可知，机箱内设置有冷凝器、压缩机、节流装置、蒸发冷板，但是其压缩机、冷凝器、蒸发冷板都是固定于机箱底部，激光器机箱体积仍然偏大。

基于此，本领域申请人，将制冷介质相变散热系统与激光器的内部结构相结合，实现了激光器体积进一步减小，及散热效果的进一步提高。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种散热系统，以解决现有技术中激光器中泵浦原散热效果较差以及激光器体积较大的技术问题。

本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：一种激光器散热系统，安装于激光器机箱的内部，包括：至少一相变制冷模块、至少一风冷模块以及至少一风扇组;风冷模块位于机箱的顶部，与激光器中工作温度次高的发热器件或热能转化次多的发热器件配合安装，风冷模块包括多个散热片，多个散热片之间间隔平行设置，形成风冷通道;制冷模块位于机箱的底部，与激光器中工作温度最高的发热器件和/或热能转化最多的发热器件配合安装；至少一风扇组设置于机箱的相对两侧，用于在机箱内部形成一空气对流空间，风冷模块和制冷模块上下层叠设置于空气对流空间内；制冷模块包括压缩机、冷凝器和蒸发冷板，并通过冷却管路相互连通，压缩机和冷凝器固定安装于机箱底板上，蒸发冷板架设于冷凝器的上方；蒸发冷板到机箱底板的距离大于或接近等于冷凝器到达机箱底板的距离，压缩机到机箱底板的距离大于或等于蒸发冷板到机箱底板的距离，小于或等于风冷模块到机箱底板的距离；风冷模块可翻转的安装于机箱的顶部；激光器机箱内设有机架，机架为具有四个边框结构的盒体，机架上铰合安装有至少一层可翻转的安装架，安装架同样为具有框结构的盖体，机架、安装架与散热系统配合，将机箱内部自上而下分隔为多个层叠的安装空间，机箱顶部，盖体背离于盒体的一侧空间安装有种子光源、第一放大级光纤、第一放大级泵浦源、第二放大级光纤及第二放大级泵浦源，第三放大级光纤设置于盖体靠近于盒体的一侧空间，第三放大级泵浦源固定于盒体的底部空间，风冷模块包括第二散热板，第二散热板正对开口的位置设有第三光纤盘绕槽，第三放大级光纤缠绕于第三光纤盘绕槽内；激光器还包括第一驱动板、与第一驱动板电连接的控制板，风冷模块包括第一散热板，第一驱动板与控制板安装于第一散热板背离于盖体的一侧。

在一些实施例中，机箱内设有多个制冷模块，多个制冷模块中的至少两个蒸发冷板设置于同一平面上，至少两个蒸发冷板之间为独立设置或通过冷却管路相互连通。

本发明同时提供一种激光器，包括如上所述的散热系统，包括：光源和增益放大光纤，光源和/或增益放大光路的至少部分设置于制冷模块的上方。

在一些实施例中，光源和/或增益放大光纤的部分设置于风冷模块的至少一侧。

在一些实施例中，激光器为多级放大的MOPA光纤激光器，光源包括种子源和至少一级放大泵浦源，增益放大光路包括至少一级增益放大光纤。

本发明的有益效果：（1）由于采用相变制冷技术，将激光器的发热器件紧密贴合蒸发冷板，提高了激光光源的散热效率，又蒸发冷板设置于激光器机箱的风冷模块与冷凝器之间，进一步较小了激光器的体积，提高了激光器的集成化组装，有利于激光器在多种场合进行应用。（2）本发明提供的散热系统中所述压缩机到所述机箱底板的距离大于或等于所述散热系统其它部件到所述机箱底板的距离，小于所述光纤盘到所述机箱底板的距离，避免了将所述光纤盘也固定于所述机箱底板上，充分的利用了所述压缩机的高度，进一步减小了激光器的体积。（3）风冷模块的设置，提高了激光器机箱内空气的定向流动速度，又因激光器机箱体积的减小，则机箱内空气流动的路程减小，进一步的加速了所述冷凝器的散热，提高相变制冷的效率，即提高激光器激光光源的散热效率。（4）多层机架将机箱空间划分为多层，充分利用空间，减小了激光器的体积的同时保证了蒸发冷板产生的冷量充分的与所述发热器件产生的热量中和，以达到高效率制冷散热效果。

附图说明

一个或者多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同数字符号的元件/模块表示为类似的元件/模块，除非特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例一中激光器的立体图；

图2是本发明实施例一中激光器的另一角度立体图；

图3是本发明实施例一中散热系统的部分结构示意图；

图4是本发明实施例一中激光器的部分结构示意图；

图5是在图4的基础上移去光纤盘后另一角度结构示意图；

图6是本发明实施例一中激光器中激光光源、蒸发冷板、机架之间的分解图；

图7是本发明实施例一中激光器的结构示意图；

图8 本发明实施例二提供的激光器中盖体未合上时的内部结构示意图；

图9 本发明实施例二提供的激光器中盖体合上时的内部结构示意图；

图10 本发明实施例二提供的激光器中泵浦源与蒸发冷板之间的爆炸图；

图11 本发明实施例二提供的激光器的结构示意图；

图12本发明实施例基于图11提供的激光器的另一角度结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发发明，下面结合附图和具体实施例一，对本发明进行更详细的说明。需要说的是，当元件被表述为“设置于”、“固定于”、“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”、“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，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，在本说明书中，所述“第一”、“第二”、“第三”、“第四”字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同项或相似项进行区分，在本发明实施例一中不作限制。

本发明的设计原理为提供一种散热系统，该散热系统安装于激光器机箱的内部，包括至少一相变制冷模块和至少一风冷模块，所述风冷模块位于所述机箱的顶部，与所述激光器中工作温度次高的发热器件或热能转化次多的发热器件配合安装，所述制冷模块位于所述机箱的底部，与所述激光器中工作温度最高的发热器件和/或热能转化最多的发热器件配合安装；至少一风扇组设置于所述机箱的相对两侧，在所述机箱内部形成至少一空气对流空间，所述风冷模块和所述制冷模块上下层叠设置于所述空气对流空间内。

该散热系统实施对象为中高功率激光器，例如功率达到500W以上的单模块连续光纤激光器，或具有多级增益放大结构的MOPA光纤激光器。

具体地，下面结合附图，通过本发明实施例进一步阐述。

【具体实施例一】

请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种单模块连续光纤激光器，包括机箱1000，所述机箱1000包括顶板102、底板117、围绕所述顶板102和底板四周的四个侧板，其分别为第一侧板103、第二侧板104、第三侧板105及第四侧板106，从而共同限定所述激光器机箱内部的空腔，以容纳安装电学及光学器件。所述第一侧板103与所述第三侧板105设置于所述机箱1000相对两侧，所述第二侧板104与所述第四侧板106设置于所述机箱1000的相对两侧。所述底板117上设置有四个脚垫114，所述第二侧板104上开设有进气口，所述第四侧板106开设有出气口。

在连续光纤激光器中，产生热量的主要器件为激光光源，也就是半导体泵浦源，因此，减小激光器的发热，就需对激光光源进行强制降温散热。请参阅图3，本发明实施例一提供的散热系统2000中的制冷模块，包括：冷却管路201及通过冷却管路201依次连通的压缩机202、冷凝器203和蒸发冷板204。所述压缩机202与所述冷凝器203设置于所述机箱1000的底板117上，并分别靠近所述机箱1000的两边侧板。为了充分利用所述机箱1000的体积，减小激光器的体积，本发明实施例一将所述蒸发冷板204的放置由目前普遍采用的固定在所述底板上改为悬空设置在所述机箱1000内部顶板102与底板117之间，其中，所述蒸发冷板204到所述底板117的距离大于所述冷凝器203到所述底板117的距离。即所述蒸发冷板204设置于所述机箱1000的顶板102与所述冷凝器203之间，并且与所述泵浦源101紧密贴合。

为了使所述压缩机202与所述冷凝器203牢固的安装在所述机箱1000的底板117上，所述底板117上方紧密贴合固定有一安装板116，所述压缩机202与所述冷凝器203直接固定在所述安装板116上。

所述散热系统2000还包括：节流阀207，所述冷却管路201依次连通的所述压缩机202、冷凝器203、节流阀207和蒸发冷板204形成一个制冷循环。具体地，由于所述冷却管路201由金属材料制成，具有一定的强度，故所述节流阀207可以通过与其连通的冷却管道201悬空设置于所述冷凝器203的上方。

在采用相变制冷的过程中，为提高相变制冷的循环效率，所述冷凝器203需被快速的散热降温。故在相变制冷应用的散热系统中，所述冷凝器203设置于装配有风扇或风机形成的空气对流空间中最佳对流位置，利用空气对流对其进行快速风冷散热。因此，本发明实施例一所述散热系统还包括：第一风扇组205和第二风扇组206。请参阅图4，为了加快空气在所述机箱1000内的定向流动，所述第一风扇组205与所述第二风扇组206分别设置于所述机箱1000的相对两侧，同时，所述冷凝器203固定于所述第二风扇组206相邻的一侧，且所述第二风扇组206的出气口背向所述冷凝器203。目前，为了提高空气定向流动速率，一般采用加快风扇的转速或者增加风扇的个数，但是随着风扇转速的增加或者个数的增加，由风扇产生的震动噪声也会相应的增加。故本发明实施例一所述的第一风扇组205和第二风扇组206在结合所述机箱1000体积大小的同时，优选分别采用4个和3个风扇。

此外，由于所述压缩机202的体积较大，故为减小所述压缩机202对所述第一风扇组205与第二风扇组206驱动空气在所述机箱1000内定向移动的阻碍作用，具体地，请继续参阅图4，本发明实施例一中所述压缩机202固定于所述底板并靠近所述机箱1000的第一侧板103，所述冷凝器203固定于所述底板并靠近所述机箱1000的第二侧板104；所述第一风扇组205和所述第二风扇组206分别通过螺钉固定于所述机箱1000的第四侧板106和第二侧板104上。请结合图1和图2，所述第一风扇组205驱动外部空气从所述进气口进入所述机箱1000内，所述第二风扇组206用于导引所述机箱1000内空气从所述出气口排出，以加速所述机箱1000内空气快速的定向流动；同时，由于所述机箱1000体积的减小，即机箱内空气流动的路程减小，则带走所述冷凝器203热量的速度增大，从而提高了整个所述散热系统2000的制冷效率。

散热系统2000的内部工作原理：首先，所述散热系统2000中采用的制冷剂为氨气、二氧化硫和非卤代烃中的一种，所述制冷剂（未图示）通过冷却管道201依次在所述压缩机202、冷凝器203、节流阀207和蒸发冷板204中循环地流动。具体地，所述压缩机202将所述制冷剂（未图示）由低温低压的气态压缩成高温高压的气态制冷剂；接着，高温高压的气态制冷剂经过所述冷凝器203，由于所述冷凝器203在第一风扇组205和第二风扇206的作用下降温，则气态制冷剂向空气中散热，气态制冷剂在其内部凝结，变成常温高压的液态制冷剂，再通过所述节流阀207，由于所述节流阀207截面积很小，阻力大，能降低制冷剂的压力，使经过节流阀207的制冷剂变成低温低压的液态制冷剂；低温低压的液态制冷剂进入蒸发冷板204，由于容积突然增大，制冷剂快速的蒸发，此时，蒸发冷板204与激光光源101进行热交换，变成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂再次回到压缩机202中，完成一个制冷循环。在此循环过程中，通过压缩机202做功，使蒸发冷板204温度始终维持在低温环境温度状态。

本发明实施例一中，为实现所述蒸发冷板204固定架设于所述冷凝器203上方之间，所述机箱1000还包括：机架208。所述机架208可以通过卡扣或螺丝等方式固定于所述机箱1000内。具体地，所述机架208两端可以分别固定于所述机箱1000的底板或侧板上，或者，所述机架208一端固定于所述机箱1000的底板或侧板上，另一端固定在所述冷凝器203上；或者，所述机架208一端固定于所述机箱1000底板或侧板上，另一端固定于所述第一风扇组205或所述第二风扇组206上；或者，所述机架208一端固定于所述第一风扇组205上，另一端固定于所述冷凝器203或所述第二风扇组206上。

由于安装所述散热系统2000时，是自所述底板开始沿所述顶板方向依次安装所述散热系统2000。因此，为了配合所述散热系统2000其它散热器件的安装排布，本发明实施例一，优选地，请参阅图5，所述机架208一端固定于所述第一风扇组205上，另一端固定于所述冷凝器203上。

请结合图6，所述机架208包括一安装架208a和一固定连接板208b，所述安装架208a和固定连接板208b可以是一体制作而成，也可以是可拆卸式的组装。为了便于所述泵浦源101及机架208的安装，优选的，本发明实施例一中采用可拆卸式组装连接。所述固定连接板208b的一端固定于所述第一风扇组205上，相对的另一端固定于所述安装架208a一端，所述安装架208a相对的另一端固定于所述冷凝器203上。具体地，本发明实施例一中所述固定连接板208b的一端与所述安装架208a的一端通过螺丝固定，所述固定连接板208b相对的另一端沿顶板的方向垂直弯折延伸，其延伸端上设置有多个锁固孔（未标示），以实现所述固定连接板208b的一端通过螺丝穿过所述锁固孔（未标示）固定于所述第一风扇组205上。所述安装架208a相对的另一端开设有多个扣合孔（未标示）固定于所述冷凝器203上的，所述冷凝器203上设置有与所述扣合孔相适配的扣合卡片，以实现所述安装架208a固定于所述冷凝器203上。

在相变制冷的过程中，一般将所述蒸发冷板204及发热器件一同放置于一个封闭空间，并将其与所述散热系统2000的其它部件隔离开，以确保所述蒸发冷板204产生的冷量充分与被待冷却的发热器件产生的热量中和，提高相变制冷效率。

因此，请继续查阅图5和图6，本发明实施例一中，所述安装架208a设置有一向下凹陷的收容槽208c，所述蒸发冷板204完全收容于所述收容槽208c内，并与其承载的所述蒸发冷板204紧密贴合。所述收容槽208c为半包围凹槽设计，仅面向所述顶板102的方向开放，可以减少收容于其中的所述蒸发冷板204与空气的接触，其中，所述收容槽208c的形状及尺寸与所述蒸发冷板204的形状及尺寸相适配。进一步地，为了减少所述蒸发冷板204产生的冷量通过所述机架208传导并被所述激光器1000机箱中除所述泵浦源101外其他的部件消耗掉，本发明实施例一所述的收容槽208c为隔热材料制成，所述隔热材料一般选用石棉或塑料，且所述收容槽208c与所述蒸发冷板204贴合部分还设有隔热层（未标示），使所述蒸发冷板204只面向所述顶板102的方向传递冷量；又所述泵浦源101直接紧密贴合安装于所述蒸发冷板204之上，即所述泵浦源101直接安装于所述蒸发冷板204传递冷量的方向。因此，可以理解，本发明实施例一所述蒸发冷板204释放的冷量在沿所述顶板102的方向传递过程中，并不能完全被紧密贴合的所述泵浦源101吸收。经实验验证，相较于仅将所述蒸发冷板204与所述泵浦源101一同放置于一个封闭空间的制冷效果而言，本发明实施例一所述蒸发冷板204对所述泵浦源101的制冷效果可以达到70%~80%。同时，本发明实施例一还包括相对设置的第一风扇组205和第二风扇组206，由于两风扇组强制驱动空气的定向流动，也可加速所述泵浦源101的散热，即可使所述散热系统2000的制冷效果提高20%~30%。故本发明实施例一在减小激光器的体积时也是可以实现较好的制冷效果。

所述泵浦源101发射的激光通过光纤传输，因此，本发明实施例一中的散热系统2000还包括光纤盘209，开设有光纤收容槽209a，用于盘绕固定光纤。所述光纤收容槽209a上还设置有光纤盘盖（未示出），用于将光纤封盖于光纤收容槽209a内。请继续参阅图4，所述光纤盘209设置于所述机箱1000的顶板102下方。为了使所述泵浦源101输出的激光具有较好的光束质量，所述光纤在盘绕固定时其半径不能过小。因此，本发明实施例一，优选地，面向所述顶板102的所述光纤盘209的面积与所述顶板102的面积大小相适配，且所述光纤盘209的四个侧壁均通过铆钉或者螺丝固定于所述机箱1000的四个侧板上。同时，所述压缩机202、激光光源101、第一风扇组205、第二风扇组206、机架208位于所述光纤盘209的下方。

需要说明的是，为了充分利用所述压缩机202的高度，进一步的减小激光器的体积，在本发明实施例一中，所述压缩机202到所述机箱1000底板的距离大于或等于所述散热系统2000其它部件到所述机箱1000底板的距离，小于所述光纤盘209到所述机箱1000底板的距离。

由于光纤在传输激光过程中也会产生热量，其产生的热量小于激光光源产生的热量，加设风冷模块便可满足其散热需求。在本发明实施例一的风冷模块包括：至少一组散热片210自所述光纤盘209一侧向所述机箱1000内延伸，所述多个散热片210相互平行间隔设置，进一步地，所述散热片210的纵长方向与气流方向一致，形成风冷通道，有助于所述机箱1000内的空气与所述散热片210充分接触，在激光器功率较高的情况下，为了更好的散热，还可以在风冷通道的一端或两端增加设置风扇组，以加快空气的流动。

本发明实施例一中，为了安装固定激光器发热器件，请参阅图5和图7，所述机箱1000还包括：安装支架板211，所述安装支架板211两端分别固定于所述机箱1000的侧板上。优选地，所述安装支架板211相邻两端分别固定于所述机箱1000的相邻两侧板上，另外相邻的两端未固定于任何物件上。具体地，所述安装支架板211的两端分别固定于所述第三侧板105和第四侧板106上，以在所述机箱1000内部实现所述冷凝器203、压缩机202与所述安装支架板211排布错开，充分利用垂直于所述底板117的面积。进一步的，由于所述第四侧板106上安装有所述第一风扇组205，故所述安装支架板211也设置于所述第一组风扇205的下方，同时所述安装支架板211设置于所述底板上方。以此，相对设置的所述第一风扇组205与所述第二风扇组206在驱动空气流动的过程中，也有利于所述安装支架板211及设置在所述安装支架板211上的电学元器件散热。

具体地，请继续参阅图5和图7，所述激光器的主控板107、电源板108、驱动板109、转接板110安装于所述安装支架板211上，所述安装支架板211上背离所述底板的一侧延伸有至少一组散热片212。所述驱动板109包括：激光光源驱动板109a以及压缩机驱动板109b。本发明实施例一中，所述主控板107、电源板108、激光光源驱动板109a安装于靠近所述底板一侧的所述安装支架板211的一侧面上，所述压缩机驱动板109b、转接板110安装于所述安装支架板500另一相对侧面上。所述主控板107分别与电源板108、驱动板109、转接板110电连接。

由于所述压缩机202在制冷工作过程中会震动，为此，所述压缩机202侧壁上设有若干个挂件孔（未标示），所述挂件孔上套设有减震球11，用于减轻压缩机23带来的震动。

请继续参阅图1和图7，本发明实施例一中，所述机箱1000的第二侧板104上设置有光纤接口111，所述激光器还包括：设置于所述机箱1000外部的激光输出头112，所述激光输出头112通过所述光纤接口111与所述激光器1000机箱内部的激光光源101连接，用于输出所述泵浦源101发射的激光。

请继续参阅图2和图7，本发明实施例一中，所述激光器1000机箱的第四侧板106上还设置有其他各种接口，包括但不限于通信接口115和电连接的电源接口113，其中，所述通信接口115可以是串口接口、USB接口、蓝牙/WIFI接口等，外部电源通过电源接口113给激光器供电。

相较于现有技术，本发明实施例的有益效果表现为：（1）由于采用相变制冷技术，将所述泵浦源101紧密贴合所述蒸发冷板204，提高了激光光源101的散热效率，又所述蒸发冷板204设置于所述机箱1000的顶板102与冷凝器203之间，进一步减小了激光器的体积。（2）所述压缩机202到所述机箱1000底板的距离大于或等于所述散热系统2000其他部件到所述机箱1000底板的距离，小于所述光纤盘209到所述机箱1000底板的距离，避免了将所述光纤盘209也固定于所述机箱1000底板上，充分利用了所述压缩机202的高度，进一步减小了激光器的体积。（3）所述第一风扇组205与所述第二风扇组206分别设置于所述机箱1000的相对两侧，所述冷凝器203固定于所述第二风扇组206相邻的一侧，且所述第二风扇组206的出气口背向所述冷凝器203，则提高了激光器1000机箱内空气的定向流动速度，又由于激光器1000机箱体积的减小，则所述机箱1000内空气流动的路程减小，进一步加速了所述冷凝器的散热，提高相变制冷效率，即提高所述泵浦源101的散热效率。（4）所述机架板208设有收容槽208a，所述蒸发冷板204完全收容于所述收容槽208a内，并与所述泵浦源101紧密贴合，所述收容槽208a为隔热材料制成，所述收容槽208a与所述蒸发冷板204贴合部分设有隔热层。因此，保证了蒸发冷板204产生的冷量充分的与所述泵浦源101产生的热量中和，以达到高效率制冷散热效果。

【具体实施例二】

请参阅图8至图10，本发明实施例二提供了一种具有三级增益放大结构的MOPA光纤激光器。该激光器的光源包括用于发射信号光的种子源28和用于发射泵浦光的第一放大级泵浦源45、第二放大级泵浦源27及第三放大级泵浦源11；该激光器的增益放大光纤（未图示）包括：第一放大级光纤、第二放大级光纤和第三放大级光纤。具体地，第一放大级泵浦源45与第一放大级光纤相连，第二放大级泵浦源27与第二放大级光纤相连、第三放大级泵浦源11与第三放大级光纤相连，所述种子光源28依次连接所述第一放大级光纤、第二放大级光纤、第三级放大光纤，当激光器处于工作状态时，工作温度最高或热能转化最多的是第三级泵浦源11，工作温度最低或热能转化最少的是第一级泵浦源45和种子光源28。

可以理解的，本发明实施例中的放大结构可以是一级到多级的增益放大结构，具体根据所述基于MOPA结构的激光器的功率需求而进行增益放大光路的增减。

为了缩小激光器体积的同时，保证具有多级放大结构的MOPA光纤激光器具有良好的散热条件，本发明实施例二中的机箱内部设有一机架，所述机架为具四个边框结构的盒体51，所述机架的顶部铰合安装有一可翻转的安装架，所述安装架同样为具边框结构的盖体53，通过所述盖体5353、盒体51及散热系统的配合，所述激光器机箱内部自上而下被分隔为多个层叠的安装空间。具体的，所述机箱顶部，所述盖体53背离所述盒体51的一侧空间安装有所述种子光源28、所述第一放大级光纤、第一放大级泵浦源45、所述第二放大级光纤及第二放大级泵浦源27，所述第三放大级光设置于所述盖体53靠近所述盒体51的一侧空间，所述第三放大级泵浦源11固定于所述盒体51内的底部空间，当盖体翻转盖在所述盒体51上方形成盒体封装时，可以防止空气中的粉尘对所述第三放大级泵浦源11及第三放大级光纤的污染，进一步的提高激光器的使用寿命；同时，通过所述盒体51的上部一侧铰接安装有可翻盖的盖体，使所述第三放大级泵浦源11及第三放大级光纤在安装过程中更加方便。

可以理解的，通过将所述种子源、所述第一级放大光路、第二放大级光路以及第三放大级光纤和第三泵浦源分别设置在对流空间的不同高度，可有效的提高激光器的散热能力，且，在保证激光器输出光束质量的同时，有利于减小激光器的体积。

可以理解的，随着激光器功率的增大或放大级的增加，也可以增加更多的盒体和盖体，将放大级泵浦源与放大级光纤设置于其中，配合增加制冷模块进行直接制冷。

可以理解的，相变制冷模块的数量可以根据激光器的功率减少或增加，在本实施例中，所述三级增益放大结构的MOPA光纤激光器的散热系统中的相变制冷模块为两个，所述双相变制冷模块包括：通过冷却管路依次连通的双冷凝器13、双压缩机14以及双蒸发冷板12，其中，所述双蒸发冷板12为独立设置或通过冷却管道互相连通。所述冷凝器13及所述压缩机14固定于所述机箱的底板上，所述蒸发冷板12安装于盒体底部，所述盒体51设于所述冷凝器13的上方。

在本实施例中，所述风冷模块包括第一散热板23和第二散热板24，以及多个所述散热片22间隔平行设置在所述第一散热板23及第二散热板24之间，所述散热片22、第一散热板23及第二散热板24配合形成多条并行设置的通风道。所述第一散热板23背离所述散热片22的一侧表面设有第一光纤盘绕槽26和第二光纤盘绕槽25，所述第一放大级光纤缠绕于所述第一光纤盘绕槽26内，所述第二放大级光纤缠绕于所述第二光纤盘绕槽25内；所述盖体53的盖板上设有与所述盒体51内部连通的开口52，所述第二散热板24贴合安装于其上，且所述第二散热板24正对所述开口的位置设有第三光纤盘绕槽19，所述第三放大级光纤缠绕于所述第三光纤盘绕槽19内。

上述设计将所述第一放大级光纤、第二放大级光纤与第三放大级光纤分别设置在风冷模块的相对两侧，可有效的提高所述第一放大级光纤、第二放大级光纤与第三放大级光纤的散热能力，且，在保证激光器输出光束质量的同时，有利于减小激光器的体积。

进一步地，请继续参阅图8，所述盒体51内还设有隔板20及隔离器21，所述隔板20设于所述第三放大级泵浦源11与所述盖体53之间，用于将与所述第三放大级泵浦源11连接的第三放大级光纤先固定，以便将所述第三放大级光纤通过合束器44后，再在所述第三光纤盘绕槽19内缠绕，以在保证所述第三放大级泵浦源11输出的光束质量的同时，便于固定所述第三放大级光纤。所述隔离器21固定于所述盒体51内，具体地，所述隔离器21固定于所述盖体53内，以充分利用所述盖体53的体积，进一步的减小激光器的体积。

需要说明的是，本发明实施例中，所述盒体51内必须安装有至少一放大级泵浦源和与其连接的所述放大级光纤，即增益放大光路，可以理解为，所述放大级泵浦源可以只包括第一放大级泵浦源，及与所述第一放大级泵浦源连接的所述第一放大级光纤，则所述第一放大级泵浦源与第一放大级光纤可安装于盒体内。或者，所述放大级泵浦源还包括第四放大级泵浦源及与其连接的第四放大级光纤，则所述第四放大级泵浦源和第四放大级光纤也可封装于盒体内。

请继续参阅图9，本发明实施例提供的激光器还包括：第一驱动板30、与第一驱动板30电连接的控制板29，所述第一驱动板30与所述控制板29安装于所述第一散热板23背离所述盖体53的一侧。本发明实施例中，所述第一驱动板29用于接收控制板30发送的电信号进一步的控制所述种子源28、所述第一级放大泵浦源45、第二放大级泵浦源27的工作。所述第一驱动板29还可以控制所述第三放大级泵浦源11的工作。进一步地，在本发明实施中，所述激光器还包括第二驱动板31，所述第二驱动板31与所述控制板29电连接，所述第二驱动板31用于控制所述第三放大级泵浦源11的工作。此外，本发明实施例中，所述激光器还包括压缩机驱动板33，其与所述控制板29电连接，用于控制所述压缩机14的工作。

进一步地，请继续参阅图9，本发明实施例二中，为了增加风冷散热的效率，所述风冷模块通风道的两端还可以设置第一风扇组32、第二风扇组（未图示），所述第一风扇组32及第二风扇组在驱动空气流动的过程中，从所述通风道内定向流动，加速所述散热片22的散热速率。

进一步地，请参阅图10，本发明实施中所述相变制冷模块中，每个所述冷凝器13装配有一风扇组，所述蒸发冷板12上安装有冷却管路43，所述冷却管路43的一端与所述压缩机14的连通的冷却管路连通，其相对的另一端与所述冷凝器13连通的冷却管路连通。需要说明的是，随着激光器的输出功率增加，其散热量也增大，为了加大散热效率，本实施例中，所述激光器内还可以包括与冷凝器13匹配的风扇组相对的另一风扇组，以加大空气的对流，提高相变制冷模块的散热效率。

进一步地，请继续参阅图10，本实施例中，所述相变制冷模块还包括：节流阀16，所述冷却管15路依次连通压缩机14、冷凝器13、节流阀15，所述蒸发冷板12上的所述制冷管道43的一端与所述压缩机14连通的冷却管路15连通，其相对的另一端与所述冷凝器13连通的冷却管路15连通，所述节流阀16通过所述冷却管路15悬空设于所述压缩机14一侧。

进一步地，本实施例中，所述双相变制冷模块的冷凝器13，即第一冷凝器131、第二冷凝器132，均固定于所述激光器的机箱的底板上，且分别靠近所述机箱的相对两个侧板；所述双相变制冷模块的压缩机14，即第一压缩机141、第二压缩机142均固定于所述机箱的底板上，并设于所述冷凝器13及用于封装所述放大级泵浦源的盒体的同侧，且两个所述压缩机14设于所述所述散热板24的下方，两个所述相变制冷模块的蒸发冷板12安装于所述盒体51内的同一平面，或者，两个所述相变制冷模块的蒸发冷板12为一体式连接并安装于所述盒体51内。为了节省材料及空间，本实施例，优选地，两块所述蒸发冷板可制备成一体连接，并安装于所述盒体51内。

请参阅图11和图12，所述机箱的第一侧板35与第三侧板37上分别开设有相对的第一进风口39及第一出风口40，所述第一进风口39及所述第一出风口40分别正对所述第一风扇组32及第二风扇组，所述第一风扇组32及第二风扇组驱动空气从所述第一进风口39进入，并通过所述通风道，最后从所述第一出风口40排出。此外，所述第一侧板35与所述第三侧板37上还分别开设有第二进风口41及第二出风口42，所述第三风扇组17和第四风扇组18分别正对所述第二进风口41及第二出风口42，使外界的空气进入所述机箱内，加速所述冷凝器的散热，可进一步提高所述相变制冷模块为所述第三放大级泵浦源的散热效果。

本发明实施例二中所述种子光源28、第一放大级泵浦源45、第一放大级光纤、第二放大级泵浦源27、第二放大级光纤均安装于所述风冷模块背离所述盒体51的一侧，所述第三放大级泵浦源11及第三放大级光纤封装于盒体内，通过所述盒体51及所述风冷模块将将机箱空间划分为多层，充分利用空间，减小了激光器的体积的同时保证了蒸发冷板产生的冷量充分的与所述发热器件产生的热量中和，以达到高效率制冷散热效果。

本发明实施例中的机箱、散热片、光纤盘、机架与安装架等均采用导热系数较高的材料，如铝合金、紫铜等，以提高激光器的整体散热能力。

最后应说明的是：以上实施例一仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例一或者不同实施例一中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例一对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例一所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例一技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种激光器散热系统，安装于激光器机箱的内部，其特征在于，包括：至少一相变制冷模块、至少一风冷模块以及至少一风扇组;所述风冷模块位于所述机箱的顶部，与所述激光器中工作温度次高的发热器件或热能转化次多的发热器件配合安装，所述风冷模块包括多个散热片，多个散热片之间间隔平行设置，形成风冷通道;所述制冷模块位于所述机箱的底部，与所述激光器中工作温度最高的发热器件和/或热能转化最多的发热器件配合安装；至少一所述风扇组设置于所述机箱的相对两侧，用于在所述机箱内部形成一空气对流空间，所述风冷模块和所述制冷模块上下层叠设置于所述空气对流空间内；所述制冷模块包括压缩机、冷凝器和蒸发冷板，并通过冷却管路相互连通，所述压缩机和所述冷凝器固定安装于机箱底板上，所述蒸发冷板架设于所述冷凝器的上方；所述蒸发冷板到所述机箱底板的距离大于或接近等于所述冷凝器到达机箱底板的距离，所述压缩机到所述机箱底板的距离大于或等于所述蒸发冷板到所述机箱底板的距离，小于或等于风冷模块到所述机箱底板的距离；所述风冷模块可翻转的安装于所述机箱的顶部；所述激光器机箱内设有机架，所述机架为具有四个边框结构的盒体，所述机架上铰合安装有至少一层可翻转的安装架，所述安装架同样为具有框结构的盖体，所述机架、所述安装架与所述散热系统配合，将所述机箱内部自上而下分隔为多个层叠的安装空间，所述机箱顶部，所述盖体背离于所述盒体的一侧空间安装有种子光源、第一放大级光纤、第一放大级泵浦源、第二放大级光纤及第二放大级泵浦源，第三放大级光纤设置于所述盖体靠近于所述盒体的一侧空间，所述第三放大级泵浦源固定于所述盒体的底部空间，所述风冷模块包括第二散热板，所述第二散热板正对开口的位置设有第三光纤盘绕槽，所述第三放大级光纤缠绕于所述第三光纤盘绕槽内；所述激光器还包括第一驱动板、与所述第一驱动板电连接的控制板，所述风冷模块包括第一散热板，所述第一驱动板与所述控制板安装于所述第一散热板背离于所述盖体的一侧。

2.如权利要求1所述的激光器散热系统，其特征在于，所述机箱内设有多个制冷模块，所述多个制冷模块中的至少两个蒸发冷板设置于同一平面上，所述至少两个蒸发冷板之间为独立设置或通过冷却管路相互连通。

3.一种激光器，包括如权利要求1-2任一项所述的散热系统，其特征在于，包括：光源和增益放大光纤，所述光源和/或所述增益放大光路的至少部分设置于所述制冷模块的上方。

4.如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述光源和/或所述增益放大光纤的部分设置于所述风冷模块的至少一侧。

5.如权利要求3所述的激光器，其特征在于，所述激光器为多级放大的MOPA光纤激光器，所述光源包括种子源和至少一级放大泵浦源，所述增益放大光路包括至少一级增益放大光纤。