CN220107187U - 一种半导体激光器冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种半导体激光器冷却结构，包括：底板，底板内部设置有液冷通道，底板在液冷通道的上方设置有凹槽；热管，设置在凹槽内并与凹槽接触，热管的上方安装有至少一个半导体激光器单管。根据本实用新型的半导体激光器冷却结构，通过将热管设置在底板上的凹槽内，热管将半导体激光器单管产生的热量分散在更大的面积上，再利用液冷通道将热量散走，散热效率得以提高。本实用新型的半导体激光器冷却结构与现有技术相比，散热能力更强，能够安装更多半导体激光器单管，进而具有更高的功率。

Description

一种半导体激光器冷却结构

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，尤其涉及一种半导体激光器冷却结构。

背景技术

半导体激光器在固体激光器泵浦、工业加工和医疗等领域得到了广泛的应用。为获得功率更高的激光，半导体激光器的功率也随之增大。半导体激光器在工作时，其半导体激光器单管会产生大量的热量，温度过高会损坏半导体激光器。因此在增大半导体激光器功率水平时，需要解决散热的问题。

现有技术中，结合图1至图3所示，对半导体激光器而言，由若干半导体激光器单管1组成激光器单管阵列，在激光器单管阵列下方采用具有液冷通道4的底板3进行冷却，液冷通道4内的冷却液循环散热。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：半导体激光器的功率不断增大，现有的液冷散热的半导体激光器的散热能力亟需进一步提高。

实用新型内容

本实用新型旨至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种散热能力较强、散热效率得以提高的半导体激光器冷却结构。

为达到上述目的，本实用新型提出一种半导体激光器冷却结构，包括：

底板，所述底板内部设置有液冷通道，所述底板在所述液冷通道的上方设置有凹槽；

热管，设置在所述凹槽内并与所述凹槽接触，所述热管上方安装有至少一个半导体激光器单管。

根据本实用新型的半导体激光器冷却结构，通过将热管设置在底板上的凹槽内，热管将半导体激光器单管产生的热量分散在更大的面积上，再利用液冷通道将热量散走，散热效率得以提高。本实用新型的半导体激光器冷却结构与现有技术相比，散热能力更强，能够安装更多半导体激光器单管，进而具有更高的功率。

根据本实用新型的一个实施例，所述热管的长度与所述凹槽长度相等。

根据本实用新型的一个实施例，所述热管在所述底板的投影的边界在所述液冷通道在所述底板的投影的边界内部。

根据本实用新型的一个实施例，所述底板的制作材料为铝或铜。

根据本实用新型的一个实施例，液冷通道包括进液管道、出液管道、在所述进液管道和所述出液管道之间的若干直管以及弯管，所述弯管用于将所述进液管道、所述直管和所述出液管道连接形成具有多个折弯的S形管道。

根据本实用新型的一个实施例，所述液冷通道在所述底板的同一个侧壁具有进液孔和出液孔，所述进液孔和所述出液孔的间距不小于所述热管的长度。

根据本实用新型的一个实施例，所述直管与所述凹槽之间具有夹角。

根据本实用新型的一个实施例，所述进液管道和所述出液管道的间距大于所述热管的长度。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中：

图1是现有技术的半导体激光器冷却结构的示意图。

图2是沿图1中A-A线的剖视图。

图3是图1中的半导体激光器冷却结构的工作温度分布模拟图。

图4是本实用新型第一实施例提出的半导体激光器冷却结构的示意图。

图5是本实用新型第一实施例提出的半导体激光器冷却结构的底板示意图。

图6是本实用新型第一实施例提出的半导体激光器冷却结构的截面图。

图7是沿图4中B-B线的剖视图。

图8是本实用新型第一实施例提出的半导体激光器冷却结构的工作温度分布模拟图。

图9是本实用新型第二实施例提出的半导体激光器冷却结构的示意图。

图10是本实用新型第二实施例提出的半导体激光器冷却结构的工作温度分布模拟图。

附图标记说明：

1-半导体激光器单管，2-热管，3-底板，4-液冷通道，5-凹槽。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

结合图4至图10所示，本实用新型实施例提出一种半导体激光器冷却结构。该半导体激光器冷却机构包括底板3和热管2，其中：

底板3内部设置有液冷通道4。液冷通道4内可以通过冷却液在外部泵的作用下进行循环流动。底板3可以用导热性好的金属制成，例如铜。为了实现轻量化，底板3也可以用质轻的铝制成。底板3在液冷通道4的上方设置有凹槽5。凹槽5的开口位于底板3的上表面上。

热管2设置在凹槽5内并与凹槽5接触。热管2的底部和端部与壁板2充分接触。热管2的上方安装有至少一个半导体激光器单管1。半导体激光器单管1可以安装在热管2上方的任意位置，包括热管的端部、中部及其他位置的上方。半导体激光器单管1可以为边发射半导体激光器，也可以为面发射半导体激光器。热管大致说来是一根细长、中空、二头封闭的金属管子。热管利用内部工质的蒸发与冷凝来传递热量。热管2能够将半导体激光器单管1产生的热量扩散到底板的更大面积上。热管2的长度、数量和排布方式根据实际需要进行设计。

根据本实用新型实施例的半导体激光器冷却结构，通过将热管设置在底板上的凹槽内，热管将半导体激光器单管产生的热量分散在更大的面积上，再利用液冷通道将热量散走，散热效率得以提高。本实用新型的半导体激光器冷却结构与现有技术相比，散热能力更强，能够安装更多半导体激光器单管，进而具有更高的功率。

在一个示例中，热管2的长度与凹槽5的长度相等。一个凹槽5的空间恰好容纳一根热管2。 热管2的横截面为矩形，热管2安装在凹槽5后，热管2的表面与底板3的表面平齐，美观平整。

为了保证散热效果，热管2在底板3的投影的边界在液冷通道4在底板3的投影的边界内部。换言之，热管2在水平面围成的图形的边界位于液冷管道在水平面围成的图形的边界之内，这样热管下方能够被足够大面积的液冷管道覆盖，提高散热能力。

进一步地，液冷通道4包括进液管道、出液管道、在进液管道和出液管道之间的若干直管以及弯管，弯管用于将进液管道、直管和出液管道连接形成具有多个折弯的S形管道。进液管道和出液管道的间距大于热管2的长度。液冷通道4在底板3的同一个侧壁具有进液孔和出液孔，进液孔和出液孔的间距不小于热管2的长度。

直管与凹槽5之间具有夹角，可选地，直管与凹槽5相互垂直。为了实现更好的散热效果，多根热管2相互平行，半导体激光器单管1安装在这些热管的同一端的上方。进液管道位于半导体激光器单管1所在热管这一端的下方，充分散走工作热量。

以下给出两种具体实施例对上述实施方式做进一步的说明。

实施例一

结合图4至图8所示，本实用新型实施例公开一种半导体激光器冷却结构。本实施例中，如图5的底板3由铝制作，具有如图6所示的9个凹槽5。9个凹槽5相互平行。每个凹槽5中放置1个长90mm宽8mm高6mm的热管2。每个热管2上放置1个热功率为18W的半导体激光器单管1。热管2排列为一个阵列，周期为10mm，即相邻的热管2的间隔距离为10mm，能够将热量比较均匀地分布在约90mm×90mm的面积上。如图7，热管2覆盖的面积下方呈s形布满直径为6mm的液冷通道4，充分地散走热量。

如图8，采用本实施例的冷却结构时，在半导体激光器单管1工作后，半导体激光器单管1的最高温度为68℃，明显低于图3中采用现有技术的冷却结构冷却9个半导体激光器单管1时的97℃。

实施例二

结合图9、图10所示，实施例二与实施例一的区别在于：半导体激光器单管1的周期从10mm变为5mm，即相邻半导体激光器单管1的间距由10mm变为5mm，个数从9个变为16个。除了边缘的2个热管2上各放置了1个半导体激光器单管1外，其余热管2上各放置2个半导体激光器单管1。

如图10所示，实施例二的半导体激光器冷却结构工作时，半导体激光器单管1的最高温度为73℃，虽然半导体激光器单管1的个数增加到了16个，但温度还是低于图3中采用现有技术的冷却机构冷却9个半导体激光器单管1时的97℃。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“前”、“后”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种半导体激光器冷却结构，其特征在于，包括：

底板（3），所述底板（3）内部设置有液冷通道（4），所述底板（3）在所述液冷通道（4）的上方设置有凹槽（5）；

热管（2），设置在所述凹槽（5）内并与所述凹槽（5）接触，所述热管（2）的上方安装有至少一个半导体激光器单管（1）。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述热管（2）的长度与所述凹槽（5）长度相等。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述热管（2）在所述底板（3）的投影的边界在所述液冷通道（4）在所述底板（3）的投影的边界内部。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述底板（3）的制作材料为铝或铜。

5.根据权利要求1所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，液冷通道（4）包括进液管道、出液管道、在所述进液管道和所述出液管道之间的若干直管以及弯管，所述弯管用于将所述进液管道、所述直管和所述出液管道连接形成具有多个折弯的S形管道。

6.根据权利要求3所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述液冷通道（4）在所述底板（3）的同一个侧壁具有进液孔和出液孔，所述进液孔和所述出液孔的间距不小于所述热管（2）的长度。

7.根据权利要求5所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述直管与所述凹槽（5）之间具有夹角。

8.根据权利要求5所述的半导体激光器冷却结构，其特征在于，所述进液管道和所述出液管道的间距大于所述热管（2）的长度。