[發明專利]大功率半導體激光器膨脹制冷系統

無效

• 申請號: 201110278193.3
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102354906A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 范嗣強;梁一平;張鵬
• 申請（專利權）人: 重慶師范大學
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/02
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器冷卻系統，特別涉及一種用于大功率半導體激光器冷卻系統。

背景技術

半導體激光器具有體積小、重量輕、壽命長、電光轉換效率高等優點，在科學技術和國民經濟的各個領域得到了廣泛的應用。自從超晶格量子阱激光材料發明以來，隨著實際工程發展的需要，半導體激光器的輸出功率也越來越高，發熱功率密度也較大(達到4-6W/mm²)，這就對冷卻技術和器件提出了很高的要求。

現有技術中，對于連續或準連續輸出的大功率半導體激光器列陣冷卻效果較好的技術是美國加州大學利福莫爾國家實驗室于1992年發明，并于1996年實用化的微通道冷卻封裝組件(Modular?Microchannel?Cooled?Heatsinks)，運用它不僅具有很好的冷卻效果，而且能夠實現將多個二極管激光器列陣迭層組裝為面陣以獲得更大功率的半導體激光輸出，于是，微通道冷卻封裝組件也成為了發展大功率的半導體激光技術必不可少的關鍵部件。雖然經過多年的應用實踐，微通道冷卻封裝組件也有了不少的改進，但基本結構和冷卻方式并無大的改變。

現有技術中，還出現了一種高功率激光二極管列陣的微通道冷卻封裝組件，應用于大功率半導體激光器具有較好的冷卻效果。

上述技術方案中，對器件的制作精度要求較高，工藝環節多，且較為復雜，成品率低，提高了制造成本，使得微通道冷卻封裝組件的推廣使用受到了極大的限制；該器件對所需的制冷系統和冷卻水循環系統也有特殊的要求，必須采用高壓(約0.5Mpa)純凈水冷卻，所用的冷卻水還必須預先制冷，需要一個體積較大的高壓水冷系統，與半導體激光器體積小的優點不相適應，影響了使用的方便性。

因此，需要對大功率半導體激光器的制冷系統進行改進，具有較大的制冷功率，應用于大功率半導體激光器列陣具有較好的冷卻效果，改變現有技術中制作精度高、工藝復雜和體積大、壓力高的缺點，節約能源，且結構簡單，操作方便，使用成本低，從而降低半導體激光器冷卻系統的成本，提高半導體激光器的使用壽命。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的提供一種大功率半導體激光器膨脹制冷系統，具有較大的制冷功率，應用于大功率半導體激光器列陣具有較好的冷卻效果，改變現有技術中制作精度高、工藝復雜和體積大、壓力高的缺點，節約能源，且結構簡單，操作方便，使用成本低，從而降低半導體激光器冷卻系統的成本，提高半導體激光器的使用壽命。

本發明的大功率半導體激光器膨脹制冷系統，包括按制冷介質流程依次連通的制冷壓縮機、冷凝器和激光器制冷封裝組件；所述激光器制冷封裝組件設有膨脹腔，所述制冷介質在激光器制冷封裝組件的膨脹腔內膨脹蒸發氣化后回至制冷壓縮機進口；半導體激光器陣列與膨脹腔外壁導熱連接。

進一步，所述激光器制冷封裝組件包括至少一片基片緊密疊合形成的基片組和分別位于基片兩側與基片組緊密疊合的夾持片I和夾持片II，所述基片表面刻蝕膨脹槽和與膨脹槽相通的毛細槽，所述膨脹槽和毛細槽通過緊密疊合的相鄰基片或者夾持片I封閉分別形成膨脹腔和與膨脹腔相通的毛細通道，所述毛細通道與冷凝器出口連通，膨脹腔連通于壓縮機入口；

進一步，所述基片設有用于安裝半導體激光器陣列的沉臺，所述膨脹槽位于沉臺背側，并包容于沉臺；

進一步，所述膨脹腔設有膨脹腔介質出口，毛細通道設有毛細通道介質進口，毛細通道介質進口和膨脹腔介質出口均為設于基片上的貫穿孔。

進一步，所述膨脹腔的尺寸大于或等于半導體激光器陣列的尺寸，所述膨脹腔介質出口和膨脹腔用于與毛細通道連通的介質進口分別位于膨脹腔沿半導體激光器陣列的兩端；

進一步，所述夾持片I設有連通于毛細通道介質進口的進口流道，夾持片II設有與膨脹腔介質出口連通的出口流道；

進一步，所述基片組中的基片為一個，基片的膨脹槽和毛細槽通過緊密疊合的夾持片I封閉分別形成膨脹腔和與膨脹腔相通的毛細通道。

進一步，基片組中的基片為多個，位于首端的基片的膨脹槽和毛細槽通過緊密疊合的夾持片I封閉，其余基片的膨脹槽和毛細槽通過位于其前側的相鄰基片緊密貼合封閉，相鄰基片疊合后其毛細通道介質進口相互連通形成介質進口通道，相鄰基片疊合后其膨脹腔介質出口相互連通形成介質出口通道。