CN219123659U - 带散热结构的激光器和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种带散热结构的激光器和激光雷达。带散热结构的激光器包括：激光器组件，构成为发出激光束；吸热模块，在所述吸热模块内形成有作为密闭空间的容置槽，所述容置槽内填充有相变材料，所述激光器组件与所述吸热模块相互抵接；和多个肋片，多个所述肋片固定在所述容置槽内且浸在所述相变材料中，各所述肋片具有随着远离所述激光器组件侧而分支的分形树状结构。

Description

带散热结构的激光器和激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种带散热结构的激光器和激光雷达。

背景技术

激光具有方向性强、能量集中和亮度高等特点，激光器作为能够发射激光的装置，在各个领域都得到了广泛的应用。

随着激光行业的飞速发展，激光器的输出功率也越来越高，从而导致激光器的整体发热量也随之升高。而通常激光器在工作时，输入的电能只有一部分能量能够转化为激光输出，还有一部分不可忽视的能量转化成热能的形式，如果这些热量不及时传递出去，将对激光的光束质量以及输出功率都造成很大的影响。因此，散热对于激光器来说至关重要。

目前，激光器的散热方案主要分为接触式风冷散热和接触式水冷散热两大类。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题

风冷散热是以气体作为传热介质，在激光器装置内安装风扇，通过风扇的高速转动，强制气体快速流动，带走激光器工作时产生的热量，以实现对激光器的散热。然而，风冷散热的工作效率较低并且使用寿命短。同时，在风扇转动时，不可避免的会将风扇转动产生的振动加载到激光器上，从而造成激光器发射激光的指向稳定性波动，影响到激光器的可靠性。因此，在设计时需要考虑到对风扇进行隔振处理，增加了激光器的制造难度，提高了生产成本。

水冷散热是以水作为传热介质。采用水冷散热通常需要配置有水冷机，而水冷机的体积通常较大。激光器的功率越大所需的水冷机的制冷量也越大，从而导致水冷机的体积也越大，进而导致激光器系统的整体重量和体积过大。当需要野外作业或在有限空间使用激光器时，体积过大会制约激光器的使用。

有鉴于此，本申请实施例提供了一种带散热结构的激光器和激光雷达，从而能够通过简单并且较小的结构实现激光器的高效散热。

用于解决技术问题的手段

为了满足上述目的，本申请实施例提供了如下技术手段。

本申请实施例的一个方面提供了一种带散热结构的激光器，所述激光器包括：激光器组件，构成为发出激光束；吸热模块，在所述吸热模块内形成有作为密闭空间的容置槽，所述容置槽内填充有相变材料，所述激光器组件与所述吸热模块相互抵接；和多个肋片，多个所述肋片固定在所述容置槽内且浸在所述相变材料中，各所述肋片具有随着远离所述激光器组件侧而分支的分形树状结构。

根据上述方案，激光器包括吸热模块，并且吸热模块的容置槽内填充有相变材料。用于发射激光的激光器组件与吸热模块相互抵接，当激光器处于工作状态，激光器组件发射激光并且产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块，吸热模块内的相变材料会吸热升温发生物态转换，快速地吸收激光器产生的热量，延缓激光器组件的瞬态温升，避免瞬态温升至过高温度，防止由于局部温度过高而对激光器内部的零部件造成损坏，满足激光器的散热需求。由于激光器组件的瞬态温升得到了有效的控制，从而不会影响到激光的光束质量以及输出功率，提高了激光器的可靠性。由于吸热模块是密闭的，因此吸热模块内填充的相变材料不会泄漏到吸热模块外部。

另外，吸热模块中设置有多个具有分形树状结构的肋片，肋片浸没在相变材料中，从而能够加速传递至吸热模块的热量向相变材料的传递，更具体而言，能够使激光器通过抵接面传递到吸热模块中的热量通过肋片迅速地传递到距离抵接面相对较远位置的相变材料，避免热量集中于局部相变材料，使得吸热模块中的相变材料能够均匀地发生物态转换以吸收热量，避免局部相变材料吸热不足，从而能够提高吸热模块整体的吸热速率，进一步确保高效的热传递。

在一些实施例中，所述分形树状结构包括至少一个由一个主肋片和两个子肋片构成为“Y”字形的基本单元，所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸。

根据上述方案，肋片的分形树状结构由“Y”字形的基本单元构成，这种基本单元结构简单，易于制作，同时具有良好的稳定性和热传导性，能够在保障传热效率的同时，简化结构，节约成本。同时，还不会占用过多吸热模块的空间，便于激光器的小型化和集成化。“Y”字形的二分叉结构能够提高热量沿着肋片传递的效率。

在一些实施例中，所述分形树状结构构成为第一分形树状结构或者第二分形树状结构，其中，所述第一分形树状结构包括一个所述基本单元，所述第二分形树状结构包括多个所述基本单元。

吸热模块中可以同时具有第一分形树状结构和第二分形树状结构，也可以只具有第一分形树状结构或者只具有第二分形树装结构。第二分形树状结构包括多个基本单元，基本单元的数量越多，肋片的比表面积越大，传热效率越好。

在一些实施例中，在所述第二分形树状结构中，其中一个所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸；该一个所述基本单元的每个所述子肋片作为相邻的下一个所述基本单元的所述主肋片。

根据上述方案，一个基本单元中的两个子肋片以规定的夹角朝着逐渐远离的方向延伸，能够为肋片带来更大的散热面积，从而能够提高吸热模块的传热效率。另外，第二分形树状结构能够具有多个基本单元，从而能够进一步提高吸热模块的传热效率。

在一些实施例中，多个所述肋片包括至少一个具有所述第一分形树状结构的第一肋片以及至少一个具有所述第二分形树状结构的第二肋片，各所述第一肋片构成为具有相同的形状和尺寸，各所述第二肋片构成为具有相同的形状和尺寸，所述第一肋片和所述第二肋片沿着第一方向交替配置，沿着所述第一方向，相邻的肋片之间的间隔距离相同。

根据上述方案，吸热模块中存在多个肋片，并且相邻的肋片之间的间隔距离相同，这样能够使得热量在吸热模块内分布的更加均匀，从而能够更好的被吸热模块内的相变材料吸收以及散出。相邻的肋片之间存在间隔空隙，能够提高相变材料与肋片表面之间的综合换热系数。另外，两种分形树状结构交替配置的方式能够更加充分地利用吸热模块内容置槽的空间。

在一些实施例中，若将分形树状结构中的、靠近所述激光器组件侧的分支点称为K级节点，将沿着远离所述激光器组件侧的方向而与所述K级节点相邻的分支点称为K+1级节点，则多个所述肋片中的各所述K级节点沿着所述第一方向位于作为第一高度位置的同一高度位置，各K+1级节点沿着所述第一方向位于不同于所述第一高度的另一同一高度位置，即第二高度位置。

在一些实施例中，在同级节点处，各个肋片中的由两个所述子肋片形成的规定夹角相同。

根据上述方案，每个肋片的K级节点沿第一方向的高度相同，每个肋片的K+1级节点沿第一方向的高度也相同，即，每个肋片同级的分支点沿第一方向的高度位置均相同。同时，每个肋片中由两个子肋片形成的规定夹角的角度相同。这样能够实现传热的均匀性，进一步提高了吸热模块的吸热效果。

在一些实施例中，所述吸热模块包括底壁、侧壁以及顶壁，所述底壁、侧壁以及顶壁围设形成所述容置槽；多个所述肋片一体地设于所述底壁，且各所述肋片沿着第二方向延伸设置并且相对于所述底壁沿第一方向朝向所述顶壁立起设置。

吸热模块由底壁、侧壁以及顶壁围设形成，如此能够形成密闭的空间，从而能够有效的防止吸热模块内的相变材料的泄漏。肋片一体地设于底壁，不需要在对肋片进行单独的机械加工，提高了生产效率，降低了生产成本，同时还减少了构件的数量，降低了装配的难度。

在一些实施例中，所述激光器还包括导热片，构成为使热量沿着所述导热片的面方向传导，所述导热片覆盖所述激光器组件的至少一侧外表面，和/或，所述导热片覆盖所述吸热模块的至少一侧外表面。

根据上述方案，导热片可以覆盖在激光器组件外表面，加速激光器组件上热量的散开，避免由于局部温度过高而对激光器组件造成损坏。导热片还可以覆盖在吸热模块的外表面，同样加速传递至吸热模块中的热量的散开，使得吸热模块能够更好的吸收热量以及排出热量。导热片还可以同时覆盖在激光器组件和吸热模块的外表面，加速激光器组件产生的热量向导热模块的传递，加快激光器组件的散热。

在一些实施例中，所述导热片为石墨导热片，所述导热片构成为L字形或U字形并且覆盖在由所述激光器组件和所述吸热模块抵接而成的结构体的部分外表面。

石墨具有优异的导热性，可以加速激光器组件产生的热量向吸热模块的传递，如此，能够实现激光器组件快速地散热。另外，石墨制成的导热片非常轻薄，可以在不过多影响激光器装置整体体积的情况下，进一步提高激光器组件的散热效果，便于装置的小型化和集成化。

在一些实施例中，所述导热片上设有供线缆穿过的贯穿孔。

激光器组件可能会需要通过线缆与外部的装置进行光学耦合或者需要通过光纤向外部发射激光，因此，导热片上设置有供线缆穿过的贯穿孔。

在一些实施例中，所述激光器组件和所述吸热模块的接触区域填充有导热界面材料；所述肋片为金属制构件，且所述肋片的导热系数高于所述相变材料的导热系数。

通过填充导热界面材料能够提高抵接面的可靠接触程度，进而提高基于面接触的热传递效率。由于激光器组件与吸热模块的接触区域填充有导热界面材料，因此，激光器组件散发出的热量可以经由导热界面材料高效地传递至吸热模块，并被吸热模块吸收，以实现激光器组件更好的散热。

另外，容置槽内的肋片为金属制构件，导热性能良好，并且肋片的导热系数高于相变材料的导热系数，如此，能够将热量更快地传递至距离抵接面较远位置处的相变材料，使得吸热模块2内的相变材料均能发生物态转换，提高吸热模块整体的均温性，从而能够进一步提高吸热模块的吸热能力，进一步确保高效的热传递。

在一些实施例中，所述相变材料选自烷烃、液态金属、石蜡、脂肪酸或是其他有机或无机相变材料。

本申请实施例的另一方面提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：根据上述实施例中任一项所述的激光器；发射装置，构成为将所述激光器发出的激光束向规定的区域射出；和接收装置，构成为接收从所述规定的区域反射回的激光束。

由此，能够通过发射装置向探测区域发射激光光束，并且通过接收装置接收从探测区域反射回来的光束来测量探测区域中的目标对象的位置、速度等信息。由于激光器的瞬态温升得到了有效的控制，并且稳态散热能力得到了加强，使得搭载有激光器的激光雷达能够始终保持良好的性能，进而能够保障激光雷达的探测精度和探测结果的可靠性。

本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请实施例的激光器具有吸热模块，吸热模块中填充有相变材料，并且吸热模块中设置有多个肋片。激光器组件与吸热模块相互抵接，如此，当激光器处于工作状态，激光器组件产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块，吸热模块中的相变材料受热升温会发生物态转换，并且在物态转换的过程中会快速地吸收热量，延缓激光器组件的瞬态温升。另外，吸热模块中的肋片能够加速热量向相变材料的传递，使得热量不会始终积聚在抵接面处，并且使得吸热模块中的相变材料能够均匀地物态转换吸收热量，提高了吸热模块整体的均温性，从而能够进一步的提高激光器组件的散热能力，从而能够有效的防止由于温度过高而对激光器的性能造成的影响，保障激光器发出的激光的光束质量以及输出功率。

附图说明

图1是本申请实施例提供的带散热结构的激光器的示意性分解立体图；

图2是本申请实施例提供的带散热结构的激光器的示意性剖视图；

图3是本申请实施例提供的带散热结构的激光器的示意性立体剖视图；

图4是本申请实施例提供的带散热结构的激光器的吸热模块的示意性剖视图。

附图标记说明

1-激光器组件；11-线缆；2-吸热模块；21-底壁；22-侧壁；23-顶壁；3-肋片；4-基本单元；41-主肋片；42-子肋片；43-K级节点；44-K+1级节点；5-导热片；100-带散热结构的激光器。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个，若仅指代“一个”时会再单独说明。“多个”或者“若干”表示两个及两个以上。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

另外，在本说明书中，除非另有明确的说明，表示方位的术语“上”“下”“左”“右”是基于图面的方向来表示的，仅用于说明构成元素之间的相对位置关系，并非旨在限定实际应用中的构成元素的方向或位置。

另外，在各附图中，对实现相同功能的构件标注了相同的附图标记，并省略了一部分重复的说明。

激光器的种类日益增多，发展极为迅速，其使用的功率也越来越高，大功率激光器已经应用到人们社会生活的许多领域，例如检测、加工、通信、自动驾驶等。

目前大功率激光器面临的主要问题是激光器稳定工作的时间较短，这在很大程度上限制了其实际应用。激光器的稳定工作时间主要和激光器的热耗散有关，由于转换效率等因素，发光器件的集成导致热富集，热富集将造成激光器周围温度升高，从而降低激光器的光电转换效率，对激光的光束质量以及输出功率都造成很大的影响。因此，散热对于激光器来说至关重要。

如图1至图3所示，本申请实施例提供了一种带散热结构的激光器100。激光器100包括激光器组件1，激光器组件1构成为发出激光束。

具体地，激光器组件1包括封装壳体，封装壳体内容置有实现激光器组件1发射激光光束功能的工作物质、激励能源以及谐振腔等。根据激光器100中的激光器组件1的封装壳体内容置的工作物质的不同物态，可以将激光器分为固体激光器、液体激光器、气体激光器、半导体激光器等。

激光器组件1是激光器中非常重要的器件，用于发射预设波长的光束。预设波长例如可以介于850nm至1800nm的范围内。在该范围内的波长具有较好的高低温环境稳定性，并且功率高，功耗小。示例性地，预设波长例如可以是905nm、1535nm或者1550nm。

随着科技的不断发展，激光器的性能也在逐渐的提升，而性能提升必然会带来功耗的增加，从而会产生更多的热量。激光器组件的电光转换效率会随着温度的增加逐渐降低，如果其自身产生的热量不能及时的传递出去，会对产生的激光的光束质量以及输出功率都造成很大的影响，从而导致激光器的性能下降。另外，如果激光器组件1长时间处于过高的温度下，激光器组件1内部的零部件会发生退化，严重影响激光器组件1的稳定性和工作寿命。

因此，本申请实施例的激光器100设置有吸热模块2。吸热模块2内形成有作为密闭空间的容置槽，容置槽内填充有相变材料(图中未示出)，激光器组件1与吸热模块2相互抵接。

如此，当激光器处于工作状态，激光器组件1产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块2，吸热模块2内的相变材料会吸热温升发生物态转换，在物态转换的过程中会吸收热量，从而能够快速地将激光器组件1产生的热量吸收，使得热量不会积聚在激光器组件1周围，延缓激光器组件1的升温速度，避免瞬态温升至过高温度，防止由于局部温度过高而对激光器组件1内部的零部件造成损坏，吸热相变后的相变材料会通过吸热模块2的壳体向外放热而冷凝，由此形成吸热-储热-散热循环，满足激光器组件1的散热需求。由于激光器组件1的瞬态温升得到了有效的控制，从而不会影响到激光的光束质量以及输出功率，提高了激光器的可靠性。

具体而言，如图2和图3所示，吸热模块2大体呈长方体的箱型形状，长方体的形状结构简单，易于加工。在一些其他实施例中，吸热模块2也可以例如呈正方体形状、圆柱体、半圆柱体形状等任何其他形状，本申请实施例不对吸热模块2的结构形状进行具体的限定。

吸热模块2的内部具有由底壁21、侧壁22以及顶壁23围设形成的密闭的容置槽，容置槽内填充有相变材料。密闭的设计能够使得容置槽内填充的相变材料不会泄漏到吸热模块的外部。

在本申请实施例中，吸热模块2的底壁21与激光器组件1的上表面相互抵接，如此，激光器组件1产生的热量能够通过底壁21传递至吸热膜块2，进而被吸热模块2内的相变材料吸收。在一些其他实施例中，也可以是吸热模块2的顶壁23与激光器组件1的下表面相互抵接，或者是吸热模块2的一个侧壁22与激光器组件1的一个侧表面相互抵接。

在本申请实施中，激光器3与吸热模块2之间的接触区域可以填充有导热界面材料，导热界面材料具有高导热性，如此，激光器组件1产生的热量可以高效地经由界面导热材料传递至吸热模块2，并且被吸热模块2吸收。

当激光器组件1与吸热模块2相互抵接时，由于具有表面粗糙度，抵接面之间会存在细微的凹凸不平的空隙，因此，抵接面之间会夹杂有空气间隙，造成较大的接触热阻。而导热界面材料通常具有很好的柔韧性和可塑性，能够填充这些凹凸不平的空隙，保障良好的接触，在抵接面之间建立有效的热传导通道，这样就可以大幅度的降低接触热阻，提高散热性能。

另外，由于抵接面之间的空隙均被导热界面材料填充，能够使得激光器组件1与吸热模块2之间的连接更加稳定，从而能够降低由于激光器组件1发生位移或者松动而导致光路发生变化的不良情况发生的可能性，提高了激光器的可靠性。

示例性地，导热界面材料可以是导热凝胶、导热硅胶垫或者任何其他具有良好导热性能的材料制成的导热界面材料。

在本申请实施例中，吸热模块2的壳体例如可以由金属等刚性材料制成。金属材料包括但不限于铝、铜或者其他合金材料。这样，激光器组件1产生的热量被吸热模块2内的相变材料吸收后经由金属材料制成的吸热模块2的壳体传递至吸热模块2外，从而使得热量不会始终积聚在吸热模块2内，使得吸热模块2能够形成吸热-储热-散热的循环，以进一步保障激光器组件1的散热效率。同时，刚性材料具有良好的抵抗变形的能力，即使长时间使用或反复维修也能够可靠地使用。

示例性地，吸热模块2例如可以通过压铸工艺制造而成。压铸制造的构件具有优秀的尺寸精度，并且可以减少或者避免二次加工，生产速度快，效率高，能够有效的降低成本。当然，也可以采用其他合适的制造技术来制造吸热模块2。

下面，对肋片3在吸热模块2的容置槽中的布局形态进行详细说明。

如图2至图4所示，吸热模块2的容置槽内设置有多个肋片3，多个肋片3固定在容置槽2内且浸在相变材料中，各肋片3具有随着远离所述激光器组件1侧而分支的分形树状结构。

当激光器组件1产生的热量通过抵接面向吸热模块2传递时，传递至吸热模块2的热量大多被位于抵接面附近的相变材料体吸收，而距离抵接面较远位置处的相变材料可能并没有发生物态转换或者是滞后发生物态转换，使得热量还是会积聚在激光组件1的附近。而通过在容置槽内设置肋片3，能够将抵接面附近的热量朝向远离抵接面的方向传递，使得距离抵接面较远位置处的相变材料也能够及时地吸热温升以发生物态转换，从而大量且及时地将激光器组件1传递至吸热模块2的热量分散，提高了吸热模块2整体的均温性，提高了吸热模块2整体的短时吸热能力，进一步确保高效的热传递。

示例性地，制造肋片3的材料与制造吸热模块2的壳体的材料可以相同，均为金属制构件，金属材料的导热性能良好，并且导热系数高于相变材料的导热系数，如此，能够将激光器组件1产生的热量更快地传递到距离激光器组件1较远位置处的相变材料，使得吸热模块2中的相变材料都能够发生物态转换以吸收热量，以进一步提高吸热模块2的吸热能力，从而进一步满足激光器组件1的散热需求。

当然，制造肋片3的材料也可以与制造吸热模块2的壳体的材料不同，可以由具有高导热系数的任何其他合适的材料制成。

本申请实施例的肋片3呈分形树状结构，分形树状结构能够带来更大的散热面积，从而能够进一步的提高吸热模块2的传热效率。

具体而言，如图4所示，分形树状结构包括至少一个由一个主肋片41和两个子肋片42构成为“Y”字形的基本单元4，基本单元4的两个子肋片42的一端与主肋片41连接，并且该两个子肋片42的另一端以形成规定夹角θ_k的方式朝着逐渐远离的方向延伸。关于夹角θ_k的大小的设定，可以结合吸热模块2的容置槽的大小、肋片3的大小来设定，以使得热量沿着肋片3均匀地传递至相变材料(详细情况在后说明)。

在本申请实施例中，一个基本单元4由有一个主肋片41和两个子肋片42构成，这种“Y”字形的基本单元4构成的分形树状结构，结构简单，易于制作。同时，这种分形树状结构能够在肋片体积不变的情况下，带来更大的散热面积，能够在提高传热效率的同时，节约成本。

一个基本单元4中的子肋片42的数量并非一定是两个。在一些其他实施例中，一个基本单元4例如可以具有三个、四个或者更多个子肋片42。随着子肋片42的数量增加，肋片3的比表面积会增加，有利于肋片3和相变材料之间的换热。但是，通过仿真发现，一个基本单元4中的子肋片42的数量超过三个之后，肋片3整体的传热效率增加并不明显。同时，一个基本单元4中的子肋片42的数量越多，加工难度以及加工成本也会越高。

另外，子肋片42也并非一定要如图4所示的以对称的方式彼此远离，也可以采用非对称的方式彼此远离。但是，子肋片42以对称的方式彼此远离能够使得热量传递的更加均匀，更有利于吸热模块2内热量的吸收。

因此，从制造容易性以及热传导效果等方面综合考虑，本申请实施例的肋片3优选地由上述的“Y”字形基本单元构成，如此，能够在保障肋片3的传热效率增加的同时，更加易于加工和制造，降低生产成本，同时，还不过多的占用吸热模块2中容置槽的空间，能够减小吸热模块2的体积，利于激光器装置的小型化。

在本申请实施例中，分形树状结构构成为第一分形树状结构或者第二分形树状结构，其中，第一分形树状结构包括一个基本单元4，第二分形树状结构包括多个基本单元4。需要说明的是，第一分形树状结构包括的基本单元4与第二分形树状结构包括的基本单元4相比形状、大小未必相同；第二分形树状结构包括的多个基本单元4未必构成为具有完全相同的形状、大小；但是，吸热模块中的各第一分形树状结构构成为具有相同的形状和大小，各第二分形树状结构构成为具有相同的形状和大小。

如图4所示，本申请实施例的吸热模块2的容置槽内包括三个肋片3，其中，一个肋片构成为第一分形树状结构，两个肋片构成为第二分形树状结构。具有第二分形树状结构的两个肋片形状和大小完全相同。两个第二分形树状结构均包括三个基本单元4。第一分形树状结构位于两个第二分形树状结构之间。如此，能够在不过多改变吸热模块2的结构尺寸的情况下充分利用吸热模块2内容置槽的空间，提高吸热模块2的传热效率。

本领域技术人员应当理解，在一些其他实施例中，吸热模块2的容置槽内的肋片3的数量例如还可以是一个、两个或者更多个(多于三个)，甚至容置槽内可以不具有肋片3。当肋片3的数量为多个时，多个肋片3可以全部构成为第一分形树状结构，也可以全部构成为第二分形树状结构，还可以一部分肋片构成为第一分形树状结构，另外一部分肋片构成为第二分形树状结构。另外，第二分形树状结构也并非一定具有三个基本单元，可以具有两个或者更多个(多于三个)基本单元，基本单元的数量越多，肋片3的比表面积越大，传热效率越好，但同时占用空间越多，加工难度越大。本领域技术人员可以根据吸热模块2中容置槽的实际尺寸、加工难度以及生产成本等来选择肋片3的数量以及构成。

如图4所示，在第二分形树状结构中，一个基本单元4的两个子肋片42的一端与主肋片41连接，并且该两个子肋片41的另一端以形成规定夹角θ_k的方式朝着逐渐远离的方向延伸，如此，能够为肋片3带来更大的散热面积，从而能够提高吸热模块2的传热效率。一个基本单元的每个子肋片42均可以作为相邻的下一个基本单元4的主肋片41，一个基本单元的主肋片41也可以作为相邻的上一个基本单元4的一个子肋片42。

本申请实施例的第二分形树状结构中，若设一个基本单元4的子肋片的分支长度为L_k，与其相邻的下一个基本单元4的子肋片的分支长度为L_k+1，则满足L_k+1/L_k＝η；其中，η为1至2之间的值，优选地，η>1.1。若设一个基本单元4的子肋片的厚度为W_k，与其相邻的下一个基本单元4的子肋片的厚度为W_k+1，则满足W_k+1/W_k＝ε；其中，ε为0.5至1之间的值，优选地，ε为0.7至0.8之间的值。

构成为第二分形树状结构的肋片3的体积一定时，不同基本单元4的子肋片42的长度比η越大，肋片的比表面积会越大，有利于肋片3和相变材料之间的换热。但与此同时，随着基本单元4的数量越多，整个导热路径上肋片3的平均宽度却在减小，肋片3本身的导热热阻增大，这不利于肋片3和相变材料之间的换热，因此，当一个基本单元4的子肋片的分支长度和厚度与其相邻的下一个基本单元4的子肋片的分支长度和厚度满足上述关系时，能够使得肋片3与相变材料间的综合换热热阻较小，如此，能够更好的实现肋片4与相变材料之间的换热，提高肋片的传热效率。

为便于说明，将图2和图4中的左右方向称为第一方向，将图2和图4中垂直于纸面的方向称为第二方向。

在本申请实施例中，多个肋片3包括至少一个具有第一分形树状结构的第一肋片以及至少一个具有第二分形树状结构的第二肋片，第一肋片和第二肋片沿着第一方向交替配置，这种交替配置的方式可以最大化的利用吸热模块2中容置槽的空间，在容置槽内设置足够数量的肋片，提高吸热模块2的传热效率。当然，在一些其他实施例中，多个肋片3可以全部是第一肋片或者全部是第二肋片，又或者第一肋片和第二肋片可以采用任何其他合适的方式沿第一方向排列布置。

在本申请实施例中，沿着第一方向，相邻的肋片3之间的间隔距离相同，这样能够使得热量在吸热模块2内分布的更加均匀，从而能够更好的被吸热模块2内的相变材料吸收以及散出。另外，相邻的肋片3之间存在间隔空隙，能够减小相变材料和肋片间的综合换热热阻，同时，利于在每个肋片3之间充斥相变材料，使得多个肋片3均能浸没在相变材料中，以实现更好的热交换。

若将分形树状结构中的、靠近激光器组件1侧(即，靠近抵接面侧)的分支点称为K级节点43，将沿着远离激光器组件1侧的方向而与K级节点43相邻的分支点称为K+1级节点44，则多个肋片3中的各K级节点43沿着第一方向位于作为第一高度位置的同一高度位置，各K+1级节点44沿着第一方向位于不同于第一高度的另一同一高度位置，即，第二高度位置。

另外，在同级节点处，各个肋片3中的由两个子肋片42形成的规定夹角θ_k相同。

每个肋片3的K级节点43沿第一方向的高度相同，每个肋片3的K+1级节点44沿第一方向的高度也相同，即，每个肋片3同级的分支点沿第一方向的高度位置均相同。同时，在同级分支点，每个肋片3中由两个子肋片42形成的规定夹角的角度θ_k相同。在不同级的分支点之间，规定夹角未必相同，但优选相同。需要说明的是，在如上所述设置了子肋片的长度、宽度的基础上，在确保同级节点高度相同且在在垂直于肋片3的长度方向的方向(图2、图4中的水平方向)上均匀分布的情况下，可以结合吸热模块2的容置槽空间的大小确定上述规定夹角的角度θ_k的大小。通过上述这样，能够使得激光器组件1传递至吸热模块2的热量在容置槽内传递的更加均匀，从而能够使得吸热模块2内的相变材料均能够均匀的发生物态转换，避免局部相变材料吸热不足，从而能够提高吸热模块整体的吸热能力，进一步确保高效的热传递。

在本申请实施例中，多个肋片3一体地设于容置槽的底壁21，如此，可以在压铸工艺中与吸热模块2一体成型，这样，可以减少工艺步骤，节约生产成本，同时可以减少部件数量，不需要进行额外的组装、接合等。当然，肋片3也可以单独制造加工，然后例如通过焊接或者粘合等任何其他合适的方式与吸热模块2的容置槽的底壁21进行组装。

各肋片3沿着第二方向延伸设置并且相对于底壁21沿第一方向朝向顶壁23立起设置。

示例性地，肋片3与吸热模块2的侧壁22接触或者连接，肋片3沿第二方向从一个侧壁延伸至相对端的另一个侧壁，如此，能够使得肋片3沿第二方向充斥整个吸热模块2的容置槽，加速传递至吸热模块2的热量向吸热模块2内相变材料的传递。另外，由于肋片3与侧壁22接触或者连接，相变材料吸收的热量能够通过肋片3向侧壁22传递，并且通过侧壁22向吸热模块2的外部进行散热，以进一步提高散热效果，使得热量不会始终积聚在吸热模块2的容置槽内。

另外，各肋片3沿着第一方向朝向顶壁23立起设置，即，从抵接面朝向远离抵接面的方向延伸，并且，肋片3的高度可以略小于侧壁22的高度，即，肋片3与顶壁23之间留有一定的空隙，如此，能够便于向吸热模块2内填充相变材料时，相变材料经由该空隙流动。

如图1至图3所示，在本申请实施例中，激光器还包括导热片5，导热片5构成为使热量沿着导热片5的面方向传导。

示例性地，导热片5可以覆盖激光器组件1的至少一侧外表面，如此，能够加速激光器组件1产生的热量的散开，从而加速散热，同时，还能够避免由于局部温度过高而对激光器组件1造成损坏。导热片5还可以覆盖吸热模块2的至少一侧外表面，如此，能够加速传递至吸热模块2中的热量的散开，避免热量在吸热模块2中积聚，使得吸热模块2能够更好的吸收热量以及排出热量。当然，导热片5还可以同时覆盖激光器组件1和吸热模块2，如此，激光器组件1产生的热量能够通过导热片5快速的传递至吸热模块2，实现激光器组件1的快速散热。

在本申请实施例中，导热片5为石墨导热片。

石墨是碳的一种同素异形体，导热系数高达500W/(m·K)至1500W/(m·K)，具有远高于金属的导热性。因此，使用石墨制成的导热片5能够有效地提高激光器组件1与吸热模块2的热传导效率。

另外，石墨制成的导热片5的厚度通常在0.025mm至0.1mm之间，非常的轻薄，可以在不过多影响激光器装置整体体积的情况下，进一步提高激光器组件1的散热效果，便于激光器装置的小型化和集成化。

示例性地，导热片5可以构成为L字形或U字形并且覆盖在由激光器组件1和吸热模块2抵接而成的结构体的部分外表面。由于散热片5沿其表面方向的导热性良好，但是，沿其厚度方向的导热性较差，因此，上述的覆盖方式一方面能够加速激光器组件1产生的热量向吸热模块2的传递，另一方面，激光器组件1产生的热量和吸热模块2吸收的热量还可以经由其各自的壳体直接散出至外界，以进一步提高散热效率。

当然，导热片5也可以完全覆盖在激光器组件1和吸热模块2抵接而成的结构体的全部外表面。

导热片5上设有供线缆11穿过的贯穿孔。

激光器组件1需要通过线缆11与外部的装置进行光学耦合。

在本申请实施例中，激光器为光纤激光器，即，线缆11为从激光器组件1引出的光纤。示例性地，当激光器应用在激光雷达中时，需要通过从激光器组件1引出的光纤11与激光雷达的发射装置耦合，将激光发射向发射装置，而此时如果导热片5覆盖在激光器组件1的光纤引出侧，会阻碍光纤的引出，因此，导热片5上需要预留出供光纤11穿过的贯穿孔。

在本申请实施例中，激光器组件1设置有三路光纤11，并且三路光纤11均从激光器组件1的一个侧面引出。在一些其他实施例中，光纤也可以从激光器组件1的其他侧面甚至顶面引出，如果光纤11的引出面没有覆盖导热片5，则导热片5上也可以不设置有贯穿孔。另外，本申请实施例对光纤4的数量不做具体的限制，可以根据实际使用需求适当确定。

本申请实施例的相变材料选自烷烃、液态金属、石蜡、脂肪酸或是其他有机或无机相变材料。

相变材料除了可以使用烷烃、液态金属、石蜡、脂肪酸等，还可以使用其他的有机或无机相变材料，只要适于本申请的目的即可，另外，也可以采用复合相变材料。

本申请实施例还提供一种激光雷达，激光雷达包括：根据上述实施例中任一项所述的激光器100，发射装置，构成为将所述激光器发出的激光束向规定的区域射出，和接收装置，构成为接收从所述规定的区域反射回的激光束。

发射装置采用已知的技术。通常，发射装置包括透镜组、反射镜组、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)振镜和扩束透镜组。激光器100通过其光纤11而与发射装置光学耦合，使得激光器组件1发射的激光能够通过发射透镜出射到反射镜上，通过反射镜的特定角度的反射，汇聚到MEMS振镜上，然后通过扩束透镜出射到激光雷达外部的探测区域。

由于激光器用于发射激光的激光器组件1与吸热模块2相互抵接，如此，当激光器组件1处于工作状态并且产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块2，吸热模块2内的相变材料会发生物态转换，在物态转换的过程中会吸收热量，从而能够快速的将激光器组件1产生的热量吸收，延缓激光器组件1的瞬态温升，如此，不会由于温度过高而对激光的光束质量以及输出功率造成影响。同时，由于激光器组件1产生的热量能够被吸热模块2快速吸收，也不会有大量的热量扩散到激光雷达中，从而也不会影响到激光雷达其他零部件的工作，保障激光雷达正常稳定的工作。

接收装置采用已知的技术。通常，接收装置包括滤光片、光阑、透镜组和APD板。从探测区域反射回来的光束透过滤光片，经过光阑拦截杂光，然后通过透镜组，到达APD板上进行信号分析。

由此，能够实现散热良好、特别是能够避免激光器瞬时剧烈温升的激光雷达。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种带散热结构的激光器，其特征在于，包括：

激光器组件，构成为发出激光束；

吸热模块，在所述吸热模块内形成有作为密闭空间的容置槽，所述容置槽内填充有相变材料，所述激光器组件与所述吸热模块相互抵接；和

多个肋片，多个所述肋片固定在所述容置槽内且浸在所述相变材料中，各所述肋片具有随着远离所述激光器组件侧而分支的分形树状结构。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

所述分形树状结构包括至少一个由一个主肋片和两个子肋片构成为“Y”字形的基本单元，

所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸。

3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于，

所述分形树状结构构成为第一分形树状结构或者第二分形树状结构，

其中，所述第一分形树状结构包括一个所述基本单元，所述第二分形树状结构包括多个所述基本单元。

4.根据权利要求3所述的激光器，其特征在于，

在所述第二分形树状结构中，其中一个所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸；

该一个所述基本单元的每个所述子肋片作为相邻的下一个所述基本单元的所述主肋片。

5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，

多个所述肋片包括至少一个具有所述第一分形树状结构的第一肋片以及至少一个具有所述第二分形树状结构的第二肋片，各所述第一肋片构成为具有相同的形状和尺寸，各所述第二肋片构成为具有相同的形状和尺寸，

所述第一肋片和所述第二肋片沿着第一方向交替配置，

沿着所述第一方向，相邻的肋片之间的间隔距离相同。

6.根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，

若将分形树状结构中的、靠近所述激光器组件侧的分支点称为K级节点，将沿着远离所述激光器组件侧的方向而与所述K级节点相邻的分支点称为K+1级节点，则多个所述肋片中的各所述K级节点沿着所述第一方向位于作为第一高度位置的同一高度位置，各所述K+1级节点沿着所述第一方向位于不同于所述第一高度的另一同一高度位置，即第二高度位置。

7.根据权利要求6所述的激光器，其特征在于，

在同级节点处，各个肋片中的由两个所述子肋片形成的规定夹角相同。

8.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

所述吸热模块包括底壁、侧壁以及顶壁，所述底壁、侧壁以及顶壁围设形成所述容置槽；

多个所述肋片一体地设于所述底壁，且各所述肋片沿着第二方向延伸设置并且相对于所述底壁沿第一方向朝向所述顶壁立起设置。

9.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光器还包括：

导热片，构成为使热量沿着所述导热片的面方向传导，所述导热片覆盖所述激光器组件的至少一侧外表面，和/或，所述导热片覆盖所述吸热模块的至少一侧外表面。

10.根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，

所述导热片为石墨导热片，

所述导热片构成为L字形或U字形并且覆盖在由所述激光器组件和所述吸热模块抵接而成的结构体的部分外表面。

11.根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，

所述导热片上设有供线缆穿过的贯穿孔。

12.根据权利要求1所述激光器，其特征在于，

所述激光器组件和所述吸热模块的接触区域填充有导热界面材料；

所述肋片为金属制构件，且所述肋片的导热系数高于所述相变材料的导热系数。

13.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，

所述相变材料选自烷烃、液态金属、石蜡或脂肪酸中的一种。

14.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的激光器；

发射装置，构成为将所述激光器组件发出的激光束向规定的区域射出；和

接收装置，构成为接收从所述规定的区域反射回的激光束。

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