[實用新型]相變散熱裝置

無效

• 申請號: 200720191091.7
• 申請日: 2007-12-29
• 公開（公告）號: CN201260024Y
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 王斌;鄭光;閔海濤;房濤;畢勇;賈中達;許江珂
• 申請（專利權）人: 北京中視中科光電技術有限公司;中國科學院光電研究院
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S3/042;H01L23/427;F28D15/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本實用新型涉及一種散熱裝置，特別涉及一種用于大功率激光器的相變散熱裝置。

背景技術

高功率半導體激光器迭陣和高功率全固態激光器以其廣闊的應用前景和巨大的潛在市場而成為各國競相追逐的熱點。目前高功率半導體激光器迭陣所面臨的主要問題是激光器的低性能，即激光器的功率、效率、可靠性和穩定性、一致性差等問題，這在很大程度上限制了其實際應用。激光器的性能除跟外延材料有關以外，還跟激光器的熱耗散有關，由于轉換效率等因素，發光器件的集成導致熱富集，熱富集將造成激光器有源區結溫升高，從而降低激光器的光電轉換效率，使激光器的中心波長發生溫漂，此外，激光器結溫過高將會在有源區引入缺陷。因此高功率半導體激光器迭陣器件性能的穩定性和可靠性與結溫有直接的關系。通常情況下，高功率半導體激光器迭陣的工作結溫低于250℃時，激光器可獲得最大的光電轉換效率；工作結溫低于500℃時，激光器可穩定的工作；而當工作結溫高于500℃時，激光器的性能將很快變壞甚至失效。因此要獲得高穩定性高可靠性高功率半導體激光器迭陣就必須設計制作高效率的散熱系統。無源熱沉因其熱容量的限制而僅實用于小功率激光器；有源大通道、小通道熱沉其熱阻也相對較高，適用于中等功率激光器。而現有的微通道冷卻熱沉主要針對微電子集成設計的，它采用多塊厚度均勻的薄金屬片疊合封圍而成，金屬片間熱接觸差，所能承受的水壓低，導熱效果不好，此外這種微通道冷卻熱沉在制備高功率半導體激光器迭陣和全固態激光器時，由于它不能直接冷卻單個的激光器陣列條，因此熱沉表面的溫度會隨著冷卻液流動的方向逐漸升高，使得激光器受熱不均，影響激光器的一致性，這對于激光器的應用極為不利。

目前熱效應是制約激光器功率提高的一個主要因素。一方面激光介質的熱透鏡效應導致諧振腔工作區偏移，另一方面激光介質的熱退偏效應導致激光器在類似調Q偏振工作方式下損耗加大。合理地設計泵浦和不同形狀的激光介質的冷卻結構是解決激光器器件熱效應問題所帶來的光束質量下降的有效途徑。目前常見的側泵浦方式下棒狀激光介質冷卻的方式有兩種：一種是采用玻璃套液體冷卻，另外一種是利用熱沉傳導冷卻。對于在惡劣環境下工作的激光器，如軍用、航天用的激光器，液冷的激光器結構復雜，可靠性相對較低。而熱沉傳導的激光器結構相對簡單、可靠性高，更適宜在上述場合下工作。

此外，在半導體泵浦的激光器中，傳統的激光器幾乎全部使用水來循環冷卻，這不可避免的存在冷水機體積龐大、溫度控制不夠精準且一般只能設置一個溫度、能耗大、噪音大等問題。目前，對半導體激光器的散熱一般采用熱沉、散熱片和片狀微通道，是分離的部件，有的將兩者焊接到一起，對于小功率器件這種散熱方式可滿足要求，但是對于高功率半導體激光器這種分離散熱或兩者的組合散熱方式，散熱效果不理想。

總之，目前的各種散熱裝置散熱效率較低，對于大功率激光器，無法高效率地降低激光器工作溫度，且散熱也并不均勻，從而導致大功率激光器發光效率降低、輸出功率降低、光束質量下降、穩定性降低、工作壽命減小。如果采用水循環冷卻等方式，則存在體積大且不環保等更多問題。

發明內容

因此，本實用新型的任務是提供一種相變冷卻散熱裝置；

本實用新型的另一目的是提供一種大功率激光器和激光器陣列。

一方面，本實用新型提供了相變冷卻散熱裝置，包括蒸發室和冷凝室，以及用于將被散熱物體發出的熱量傳導至蒸發室的導熱端，所述導熱端包括吸熱組件，所述吸熱組件包覆于被散熱物體的四周。

上述裝置中，所述導熱端還包括散熱組件，所述蒸發室內裝有相變工作介質，所述散熱組件的至少一部分浸泡于所述相變工作介質中。

上述裝置中，還包括用于控制冷凝室溫度的溫度控制裝置。

進一步地，所述溫度控制裝置可以使用制冷壓縮機或半導體制冷芯片等，也可將兩者組合使用，進一步提升散熱效率。

上述裝置中，所述冷凝室與所述蒸發室通過導管連接，所述導管上可以設有截流閥。

上述裝置中，包括多根連接所述冷凝室與所述蒸發室的導管，且所述導管之間可以各自獨立，也可相互連通。

上述裝置中，所述散熱組件外表面設有散熱鰭片，散熱鰭片可以為螺紋狀或鋸齒狀。

上述裝置中，所述吸熱組件側剖面為楔形或矩形。

上述裝置中，所述相變工作介質為由兩種或兩種以上的冷卻工作介質組成的混合介質。

上述裝置尤其適用于對激光器或激光器陣列中發熱元件的散熱。