CN204116999U - 半导体激光器温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体激光器温度控制系统，包括激光器框体、激光器框体前盖、激光器框体后盖、半导体激光二极管阵列、加热器、散热器、半导体制冷片、风扇和温度传感器；采用加热器加热的方式确保系统低温下正常工作。采用半导体制冷和风冷相结合，保证激光器最佳泵浦效率和良好工作状态，温控精度为±0.1℃。系统在目标温度控制点工作，即所述激光器内发热量较大的一侧，采用设置于所述激光器框体的外部的散热器和风扇对所述激光器进行散热，使得所述激光器的体积较小，且用风冷替换了水冷，克服了水冷时一直存在的水箱漏水、冷却水流性差导致散热不足等致命故障，提高了系统的可靠性。

Description

半导体激光器温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及激光器零部件，尤其涉及一种半导体激光器温度控制系统。

背景技术

发展高性能激光器对提高我国装备仪器研制水平、提升我军战斗力具有十分重大的现实意义。激光发明50年来，军事需求一直引领激光技术的发展。原来只能车载的重型装备，瘦身后可以应用于战斗机、直升机、无人机、遥控车，甚至单兵携带，高性能激光器技术决定了未来战争的形式。

高性能激光器目前处在技术飞跃的关键时期。高性能激光器泵浦方式正由传统的氙灯泵浦源转变为半导体泵浦源，激光器效率由1-2％提高到10％左右，由此可以做到频率更高，能量更大，体积更小，重量更轻。

20Hz/100mJ以上的半导体激光器列装产品散热系统目前仍以水冷为主，受限于尺寸、重量，导弹、飞机上应用激光器比较有限，即使应用也有很多限制,会带来诸多问题。20Hz/100mJ以上的半导体激光器温控系统的组成国内主要以循环水箱、散热器和半导体制冷片等器件，系统工作温度为-40℃～+60℃，为保证激光头工作在相对稳定的温度范围，需要低温加热和高温制冷，体积较大，重量也达数十斤，远不能满足实际应用需求。主要瓶颈在于小型化设计、严酷环境下的热设计和高可靠设计。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种半导体激光器温度控制系统，该系统体积小，无需水冷，重量轻，可以保证半导体激光器的最佳泵浦效率。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种半导体激光器温度控制系统，包括激光器框体、激光器框体前盖、激光器框体后盖、半导体激光二极管阵列、加热器、散热器、半导体制冷片、风扇和温度传感器；

所述激光器框体前盖和激光器框体后盖分别通过螺钉固定于所述激光器框体两侧；

所述激光器框体为由上侧壁、下侧壁、前侧壁和后侧壁构成的长方体框体；

所述半导体激光二极管阵列设置于所述激光器框体后盖上，且位于所述激光器框体内；

所述加热器固定在所述激光器框体后盖上，位于所述半导体激光二极管阵列的四周；

所述散热器设置于所述激光器框体后盖上，且位于所述激光器框体外；

所述的半导体制冷片固定在激光器框体后盖上，且冷端紧贴到半导体激光二极管阵列的散热面上，热端则紧贴到散热器上；

所述风扇设置于所述散热器上；

所述温度传感器固定在半导体激光二极管阵列的发热面旁边，通过导热硅脂固定。

可选的，所述半导体激光器温度控制系统还包括连接器，所述连接器固定在激光器框体后盖的侧壁上，所述温度传感器、加热器和半导体制冷片的供电端都连接到连接器上，电源通过所述连接器向所述温度传感器、加热器和半导体制冷片供电。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型的半导体激光器温度控制系统是在温度-40℃～+60℃下工作，为保证激光头工作在相对稳定的温度范围，需要低温加热和高温制冷。采用加热器加热的方式确保系统低温下正常工作。在环境温度低于加热器启停温度时，会启动加热器工作，快速达到目标温度控制点。

采用半导体制冷和风冷相结合，保证激光器最佳泵浦效率和良好工作状态，温控精度为±0.1℃。系统在目标温度控制点工作，即所述激光器内发热量较大的一侧，采用设置于所述激光器框体的外部的散热器和风扇对所述激光器进行散热，使得所述激光器的体积较小，且用风冷替换了水冷，克服了水冷时一直存在的水箱漏水、冷却水流性差导致散热不足等致命故障，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的半导体激光器温度控制系统的爆炸结构示意图；

图2为本实用新型的半导体激光器温度控制系统的结构示意图；

图中标记示意为：1-激光器框体；2-激光器框体前盖；3-激光器框体后盖；4-半导体激光二极管阵列；5-加热器；6-散热器；7-半导体制冷片；8-风扇；9-温度传感器；10-连接器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种半导体激光器温度控制系统，包括激光器框体1、激光器框体前盖2、激光器框体后盖3、半导体激光二极管阵列4、加热器5、散热器6、半导体制冷片7、风扇8和温度传感器9；

所述激光器框体前盖2和激光器框体后盖3分别通过螺钉固定于所述激光器框体1两侧；所述激光器框体1、激光器框体前盖2和激光器框体后盖3的材质为金属，优选地，可以为铝合金、钛合金等密度小且导热性好的金属；

所述激光器框体1为由上侧壁、下侧壁、前侧壁和后侧壁构成的长方体框体，当然所述激光器框体1也可以根据不同的任务需求设计为不同的形状；当所述激光器框体1的形状为长方体时，所述长方体框体的长度方向为所述激光器的激光束发射方向；

所述半导体激光二极管阵列4设置于所述激光器框体后盖3上，且位于所述激光器框体1内，所述半导体激光二极管阵列是整个半导体激光器中需要进行温度控制的部件；

所述加热器5固定在所述激光器框体后盖3上，位于所述半导体激光二极管阵列4的四周，并位于激光器框体内，以实现对所述半导体激光二极管阵列4的加热；优选地，所述加热器5可以为电阻丝，当然也可以为其他电加热元件；

所述散热器6设置于所述激光器框体后盖3上，且位于所述激光器框体1外；所述半导体激光二极管阵列4所产生的热量通过所述激光器框体后盖3传输至所述散热器6，并通过所述散热器6提高散热效率；

所述的半导体制冷片7固定在激光器框体后盖3上，且冷端紧贴到半导体激光二极管阵列4的散热面上，热端则紧贴到散热器6上；以通过所述半导体制冷片7的制冷来实现所述半导体激光二极管阵列4的降温，所述散热器6用于将所述半导体制冷片7的热端所产生的热量向外散发；

所述风扇8设置于所述散热器6上，以加速所述散热器6散热，且所述风扇8可以向所述散热器6吹风或者从所述散热器6内抽风；优选地，所述风扇可以采用单独的电源进行供电，利用单独的连接器与外界电源进行连接供电；

所述温度传感器9固定在半导体激光二极管阵列4的发热面旁边，并通过导热硅脂固定，以准确测定所述半导体激光二极管阵列4的温度。

本实用新型的半导体激光器温度控制系统是在温度-40℃～+60℃下工作，为保证激光头工作在相对稳定的温度范围，需要低温加热和高温制冷。采用加热器5加热的方式确保系统低温下正常工作。在环境温度低于加热器启停温度时，会启动加热器5工作，快速达到目标温度控制点。

采用半导体制冷和风冷相结合，保证激光器最佳泵浦效率和良好工作状态，温控精度为±0.1℃。系统在目标温度控制点工作，即所述激光器内发热量较大的一侧，采用设置于所述激光器框体1的外部的散热器6和风扇8对所述激光器进行散热，使得所述激光器的体积较小，且用风冷替换了水冷，克服了水冷时一直存在的水箱漏水、冷却水流性差导致散热不足等致命故障，提高了系统的可靠性。

本实施例中，所述半导体激光器温度控制系统还包括控制单元，所述控制单元可以为单片机，所述温度传感器9连接于所述单片机，以将其检测到的所述半导体激光二极管阵列4的温度传递至所述单片机；所述单片机通过继电器连接至所述加热器5、风扇8和半导体制冷片7，以独立地控制所述加热器5启动，实现对所述半导体激光二极管阵列4的加热；或者控制风扇8或者半导体制冷片7启动，实现对所述半导体激光二极管阵列4的散热。

本实施例中，所述半导体激光器温度控制系统还包括连接器10，所述连接器10固定在激光器框体后盖3的侧壁上，所述温度传感器9、加热器5和半导体制冷片7的供电端都连接到连接器10上，电源通过所述连接器10向所述温度传感器9、加热器5和半导体制冷片7供电。

本实施例中，可选的，所述半导体激光二极管阵列(Laser Diode Array)4、加热器5和半导体制冷片7组成半导体泵浦单元；所述半导体激光二极管阵列4固定于所述激光器框体后盖3上，所述加热器5和半导体制冷片7设置于所述半导体激光二极管阵列4和所述激光器框体后盖3之间，以通过所述半导体激光二极管阵列实现所述激光的光源，即采用半导体泵浦方式，使激光器的效率提高到10％左右，而且所述激光二极管阵列的寿命长，也解决了其他泵浦激光器需要定期更换激光光源的难题；更进一步，采用所述半导体泵浦还使得激光器的重复频率更高，能量更大，体积更小，重量更轻；且通过采用所述半导体制冷片7，由于所述半导体制冷片7的体积小、重量轻，也使得激光器的体积和重量都有了减少，且半导体制冷也克服了水冷一直存在水箱漏水、冷却水流性差导致散热不足等致命故障，并且存储周期从3-6个月提高到5年以上。

所述半导体制冷片7也叫热电制冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动部件，应用在一些空间受到限制，可靠性要求高，无制冷剂污染的场合。利用半导体材料的珀尔帖(Peltier)效应，当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，可以实现制冷的目的。它是一种产生负热阻的制冷技术，其特点是无运动部件，可靠性也比较高。利用半导体制冷片来解决半导体激光器的散热问题，具有很高的实用价值。

所述风扇8和散热器6的作用主要是为半导体制冷片7的热端散热。通常半导体制冷片7冷热端的温差可以达到40～65度之间，如果通过主动散热的方式来降低热端温度，那冷端温度也会相应的下降，从而达到更低的温度。

所述半导体制冷片7的端面安装在所述激光器框体后盖3上，并通过半导体制冷和强制风冷相结合，保证激光器稳定地工作，尤其在高温环境工作时，能提供相对稳定的环境温度。

所述加热器5的作用是使得半导体激光器在低温工作下，快速达到目标温度控制点。半导体激光器的工作温度是-40℃～+60℃，在低温状况下，为达到稳定的目标温度控制点工作，需要加热，快速达到目标点。

所述连接器10的功能是将内部的供电单元通过引线的方式焊接在插针上。将温度传感器9的引线焊接在连接器10的插针上，加热器5和半导体制冷片7的供电端通过引线焊接在连接器10的插针上。外部供电单元通过连接器端子与连接器10对接，实现供电和信号传输。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种半导体激光器温度控制系统，其特征在于，包括激光器框体、激光器框体前盖、激光器框体后盖、半导体激光二极管阵列、加热器、散热器、半导体制冷片、风扇和温度传感器；

所述激光器框体前盖和激光器框体后盖分别通过螺钉固定于所述激光器框体两侧；

所述激光器框体为由上侧壁、下侧壁、前侧壁和后侧壁构成的长方体框体；

所述半导体激光二极管阵列设置于所述激光器框体后盖上，且位于所述激光器框体内；

所述加热器固定在所述激光器框体后盖上，位于所述半导体激光二极管阵列的四周；

所述散热器设置于所述激光器框体后盖上，且位于所述激光器框体外；

所述的半导体制冷片固定在激光器框体后盖上，且冷端紧贴到半导体激光二极管阵列的散热面上，热端则紧贴到散热器上；

所述风扇设置于所述散热器上；

所述温度传感器固定在半导体激光二极管阵列的发热面旁边，通过导热硅脂固定。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器温度控制系统，其特征在于，还包括连接器，所述连接器固定在激光器框体后盖的侧壁上，所述温度传感器、加热器和半导体制冷片的供电端都连接到连接器上，电源通过所述连接器向所述温度传感器、加热器和半导体制冷片供电。