CN205377006U - 一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔，包括设置在半导体环形阵列的外侧的冷却模块，冷却模块包括液冷部件、通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块及设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。导热性能优良的热沉块吸收半导体阵列光源在进行电光转换时产生的废热并通过可进行毛细作用进行高效散热的平板热管将热沉块上的热量传导至液冷部件以通过冷却液将传导至液冷部件的热量导出。极大地提高了固体激光器的对流换热的效率，利于获得高功率、高质量的光束输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔。
背景技术
固体激光器是用于获得高功率、高光束质量激光输出的有效手段之一，高功率固体激光器在工业加工、材料处理、航空航天、军事等领域具有十分重要的应用价值。在高功率固体激光器中，提高泵浦功率密度和改善泵浦均匀性对于提高激光器的输出功率和改善光束质量具有重要意义。如中国专利CN204045923U公开的一种半导体激光泵浦模块，该半导体激光泵浦模块包括激光器模块及激光器模块四周的水冷装置，该激光器模块包括柱形的石英管、同轴插装在石英管中的激光晶体棒及在石英管外围设置的二极管圆环阵列，通过在各个方向设置激光二极管该装模块的泵浦功率密度得以大幅增加。然而，该泵浦模块直接在二极圆环阵列外设置通水孔，通过通水孔内的水冷介质实现对聚光腔内的冷却，但是水的导热性能有限而导致聚光腔内的废热不能及时有效地散出，这造成了激光介质内的热效应比较严重，不利于获得高功率、高质量的光束输出。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能够快速高效地将激光器聚光腔内的热量散发的激光器以解决现有技术中的激光器的散热能力差的问题；本实用新型的目的还在于提供上述激光器中使用的聚光腔。
为解决该技术问题，本实用新型的一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔采用以下技术方案：
一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，包括圆柱形的半导体阵列光源及位于所述半导体阵列光源外侧的冷却模块，所述冷却模块包括液冷部件，所述冷却模块还包括通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块、设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。
所述热管部件为平板热管；所述平板热管的热端与热沉块之间设有可消除接触面间接触热阻的第一铟箔层，平板热管的冷端与导流壳体之间设有可消除接触面间接触热阻的第二铟箔层；第一铟箔层的两侧面分别与平板热管与热沉块的相应侧面接触，第二铟箔层的两侧面分别与平板热管与导流壳体的相应侧面接触。
所述液冷部件包括导流壳体，所述导流壳体具有用于容纳冷却液体介质的腔体，所述导流壳体的腔体具有背离半导体阵列光源所在侧的开口，通过该开口在腔体内固设有波纹板，所述液冷部件还包括焊接固定在所述导流壳体上的用于封堵所述开口的盖板。
所述波纹板的形状为锯齿形。
所述半导体阵列光源包括圆柱形的激光工作物质及阵列排布在激光工作物质外周面的二极管，所述热沉块有两块且两块热沉块上对应开设有与所述半导体阵列光源的外周面形状相吻合的凹槽，两块热沉块对应扣合时两个凹槽围成所述光源安装孔，所述激光工作物质的两端悬空伸出所述光源安装孔，并在光源安装孔的两端孔口处对激光工作物质进行焊接固定。
本实用新型的一种采用高效换热构型的激光器采用以下技术方案：
一种采用高效换热构型的激光器，包括聚光腔，聚光腔包括圆柱形的半导体阵列光源及位于所述半导体阵列光源外周面上的冷却模块，所述冷却模块包括液冷部件，所述冷却模块还包括通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块、设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。
所述热管部件为平板热管；所述平板热管的热端与热沉块之间设有可消除接触面间接触热阻的第一铟箔层，平板热管的冷端与导流壳体之间设有可消除接触面间接触热阻的第二铟箔层；第一铟箔层的两侧面分别与平板热管与热沉块的相应侧面接触，第二铟箔层的两侧面分别与平板热管与导流壳体的相应侧面接触。
所述液冷部件包括导流壳体，所述导流壳体具有用于容纳冷却液体介质的腔体，所述导流壳体的腔体具有背离半导体阵列光源所在侧的开口，通过该开口在腔体内固设有波纹板，所述液冷部件还包括焊接固定在所述导流壳体上的用于封堵所述开口的盖板。
所述波纹板的形状为锯齿形。
所述半导体阵列光源包括圆柱形的激光工作物质及阵列排布在激光工作物质外周面的二极管，所述热沉块有两块且两块热沉块上对应开设有与所述半导体阵列光源的外周面形状相吻合的凹槽，两块热沉块对应扣合时两个凹槽围成所述光源安装孔，所述激光工作物质的两端悬空伸出所述光源安装孔，并在光源安装孔的两端孔口处对激光工作物质进行焊接固定。
现有技术中的激光器直接在二极圆环阵列外设置通水孔，通过通水孔内的水冷介质实现对聚光腔内的冷却，但是水的导热性能有限而导致聚光腔内的废热不能及时有效地散出，这造成了激光介质内的热效应比较严重，不利于获得高功率、高质量的光束输出。
本实用新型的激光器设置在半导体环形阵列的外侧的冷却模块，冷却模块包括液冷部件、通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块、设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。导热性能优良的热沉块吸收半导体阵列光源在进行电光转换时产生的废热并通过可进行毛细作用进行高效散热的热管部件将热沉块上的热量传导至液冷部件以通过冷却液将传导至液冷部件的热量导出。由于热管部件的换热系数极高，故其能将热量高效地传导至液冷部件，极大地提高了固体激光器的对流换热的效率，有利于激光工作物质的稳定工作，利于获得高功率、高质量的光束输出。
附图说明
图1为本实用新型中激光器聚光腔的立体结构示意图；
图2为图1的侧面剖视图；
图3为图1的正面剖视图。
具体实施方式
采用高效换热构型的激光器的实施例：
采用高效换热构型的激光器包括聚光腔及将聚光腔中得到的光束传送至激光器壳体外部的平面输出镜，聚光腔的结构如图1~3所示，包括半导体阵列光源及冷却模块，半导体阵列光源包括圆柱状的激光工作物质1及环形阵列地排布在激光工作物质1外周面的半导体阵列2，在径向上激光工作物质1与半导体阵列2之间有一定间隙，轴向上半导体阵列2的长度小于激光工作物质1的长度并设置在激光工作物质1的中部，因此在轴向上激光工作物质1的两端具有对称的伸出半导体阵列2的外伸段。冷却模块包括固定在半导体阵列光源上下两侧的两个热沉块3、平板热管4及液冷部件5，液冷部件包括导流壳体6、盖板7及波纹板8。
半导体阵列2为原始光源，当对其通电时半导体实现电光转换而发射泵浦光，激光工作物质1由Nd:YAG制成，用于吸收半导体发射的泵浦光并实现光光转化。热沉块3包括上下对称的两块，热沉块由具有较高的导热系数的紫铜材料制成，包括长方体的基体及开设在基体端面中部的凹槽，凹槽包括两端的半径与激光工作物质1的半径相等的半圆弧形的第一凹槽及中部的半径与半导体阵列的半径相等的第二凹槽，两块热沉块3的开有凹槽的两端面扣合时第一、第二凹槽围成了与半导体阵列光源的外表面形状相吻合的光源安装孔。为了将激光工作物质1固定在热沉块3上，设计时使热沉块3的长度小于激光工作物质1的轴向长度，故半导体阵列光源安装在光源安装孔中时激光工作物质1的两端会伸出热沉块3的外表面，在光源安装孔的孔口处采用铟焊技术将激光工作物质1平行焊接在热沉块3上。
为了将热沉块3所吸收的热量快速地传导出去，在热沉块3的外侧连接有换热效率极高的平板热管4，为消除热沉块3与平板热管4接触处的接触热阻，保证平板热管的散热能力最大化，在两者之间设有铟箔，三者的相应面紧贴设置。平板热管4内部的毛细结构使得在不施加外加动力的情况下在毛细作用下热量能够快速地由平板热管4的一端传导至另外一端，因此平板热管具有结构小巧、换热效率极高、换热系数为普通金属的100倍以上、耐振动和耐高低温性能较好的特点。为了快速地将传导至平板热管4一端的热量导出，在平板热管4的外侧连接有液冷部件5，平板热管4与液冷部件5之间也贴设有铟箔，液冷部件5包括贴装在平板热管4外侧的导流壳体6，导流壳体6内具有朝向外侧的开口，将波纹板8放入该开口并将波纹板8焊接固定在导流壳体6的内壁中，由于波纹板具有波浪形的层叠结构故波纹板与冷却液的接触面积增大而具有更为优良的散热效果；波纹板8的安装中应使其尽量接触导流壳体6中开口的底壁，再将盖板7焊接固定在开口的上部，此时盖板7与导流壳体6组成了用于容纳冷却液的腔体，且波纹板8处于该腔体中，为了进一步增大波纹板8的换热面积、增强波纹板8的扰流作用，将波纹板8做成间距为1.3mm、节距为3mm的锯齿形形状，因此，在腔体内充满冷却液的情况下处于冷却液中的波纹板8与冷却液的接触面积极大，具有优良的换热性能，可快速地将热量通过冷却液导出，实现高效换热。为了方便更换冷却液以加速液冷部件带走热量，在导流壳体6的相对的两侧面上开设有供冷却液体流入、流出的通液孔。焊接时，导流壳体6、波纹板8及盖板7之间通过真空钎焊技术一体焊接成型。
在其他实施例中，
采用高效换热构型的激光器的聚光腔的实施例：
采用高效换热构型的激光器的聚光腔的结构如图1~3所示，其具体结构与采用高效换热构型的激光器的实施例中聚光腔的结构相同，在此不再详述。
Claims (10)
1.一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，包括圆柱形的半导体阵列光源及位于所述半导体阵列光源外侧的冷却模块，所述冷却模块包括液冷部件，其特征在于：所述冷却模块还包括通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块、设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。
2.根据权利要求1所述的一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，其特征在于：所述热管部件为平板热管；所述平板热管的热端与热沉块之间设有可消除接触面间接触热阻的第一铟箔层，平板热管的冷端与导流壳体之间设有可消除接触面间接触热阻的第二铟箔层；第一铟箔层的两侧面分别与平板热管与热沉块的相应侧面接触，第二铟箔层的两侧面分别与平板热管与导流壳体的相应侧面接触。
3.根据权利要求1或2所述的一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，其特征在于：所述液冷部件包括导流壳体，所述导流壳体具有用于容纳冷却液体介质的腔体，所述导流壳体的腔体具有背离半导体阵列光源所在侧的开口，通过该开口在腔体内固设有波纹板，所述液冷部件还包括焊接固定在所述导流壳体上的用于封堵所述开口的盖板。
4.根据权利要求3所述的一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，其特征在于：所述波纹板的形状为锯齿形。
5.根据权利要求4所述的一种采用高效换热构型的激光器的聚光腔，其特征在于：所述半导体阵列光源包括圆柱形的激光工作物质及阵列排布在激光工作物质外周面的二极管，所述热沉块有两块且两块热沉块上对应开设有与所述半导体阵列光源的外周面形状相吻合的凹槽，两块热沉块对应扣合时两个凹槽围成所述光源安装孔，所述激光工作物质的两端悬空伸出所述光源安装孔，并在光源安装孔的两端孔口处对激光工作物质进行焊接固定。
6.一种采用高效换热构型的激光器，包括聚光腔，聚光腔包括圆柱形的半导体阵列光源及位于所述半导体阵列光源外周面上的冷却模块，所述冷却模块包括液冷部件，其特征在于：所述冷却模块还包括通过中部的光源安装孔固定套装在所述半导体阵列光源外周面上的用于传导热量的热沉块、设置于热沉块与液冷部件之间的热管部件，所述热管部件包括靠近热沉块的热端、靠近液冷部件的冷端及处于热端和冷端之间的毛细结构。
7.根据权利要求6所述的一种采用高效换热构型的激光器，其特征在于：所述热管部件为平板热管；所述平板热管的热端与热沉块之间设有可消除接触面间接触热阻的第一铟箔层，平板热管的冷端与导流壳体之间设有可消除接触面间接触热阻的第二铟箔层；第一铟箔层的两侧面分别与平板热管与热沉块的相应侧面接触，第二铟箔层的两侧面分别与平板热管与导流壳体的相应侧面接触。
8.根据权利要求6或7所述的一种采用高效换热构型的激光器，其特征在于：所述导流壳体的腔体具有背离半导体阵列光源所在侧的开口，通过该开口在腔体内固设有波纹板，所述液冷部件还包括焊接固定在所述导流壳体上端的用于封堵所述开口的盖板。
9.根据权利要求8所述的一种采用高效换热构型的激光器，其特征在于：所述波纹板的形状为锯齿形。
10.根据权利要求9所述的一种采用高效换热构型的激光器，其特征在于：所述半导体阵列光源包括圆柱形的激光工作物质及阵列排布在激光工作物质外周面的二极管，所述热沉块有两块且两块热沉块上对应开设有与所述半导体阵列光源的外周面形状相吻合的凹槽，两块热沉块对应扣合时两个凹槽围成所述光源安装孔，所述激光工作物质的两端悬空伸出所述光源安装孔，并在光源安装孔的两端孔口处对激光工作物质进行焊接固定。
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| CN201520994085.XU CN205377006U (zh) | 2015-12-05 | 2015-12-05 | 一种采用高效换热构型的激光器及其聚光腔 |
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| KR20180049507A (ko) * | 2016-11-03 | 2018-05-11 | 한국전기연구원 | 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 |
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2015
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| KR102544955B1 (ko) * | 2016-11-03 | 2023-06-20 | 한국전기연구원 | 레이저 이득매질 모듈 및 이를 포함하는 레이저 장치 |
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