[發明專利]一種脈沖式大功率激光器的散熱裝置及散熱方法

有效

• 申請號: 201410070877.8
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103811976B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 李鵬;姜守望;汪小知
• 申請（專利權）人: 蘇州微木智能系統有限公司
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及一種散熱裝置，具體地為一種脈沖式大功率激光器的散熱裝置及方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，高功率激光器的應用已經涉及到人們社會生活的許多領域，如檢測、加工、通信等等，其具有廣闊的前景和巨大的潛在市場，是世界各國研究的熱點。目前高功率激光器所面臨的主要問題是激光器的穩定工作時間較短，這在很大程度上限制了其實際應用。激光器的穩定工作時間主要和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，此外激光器的結溫將會在有源區引入缺陷。因此高功率激光器的穩定工作時間與結溫有直接的關系。通常情況下，高功率激光器的工作結溫低于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。因此要獲得長穩定工作時間的高功率激光器就必須設計制作合適的散熱系統。

在激光器散熱系統的現有技術中，如圖1所示，包括高功率激光器1，導熱硅脂2，半導體制冷片3，散熱片4，風扇5，和系統外殼6。高功率激光器1以脈沖方式工作，產生的熱量被半導體制冷片3迅速搬運到散熱片4上；導熱硅脂2的作用主要是使得激光器與半導體制冷片的表面以及半導體制冷片與散熱片的表面充分接觸，增大導熱的橫截面積，避免由于表面不平整未能充分接觸從而產生的熱阻；風扇5對著散熱片吹，使得散熱片上的熱量以熱對流的形式與空氣進行熱交換；最后所有的熱量都是通過外殼6散發到外界環境中。由于這種系統中風扇將散熱片上的熱量以熱對流的形式交換到空氣中，而空氣又與激光器是相互接觸的，故空氣中的熱量也會傳輸到激光器上，這樣會增加半導體制冷片的工作負擔，降低其制冷效率，從而減少激光器的穩定工作時間；其次散熱片上的熱量被交換到周圍的空氣當中，而空氣又與系統外殼充分接觸，故熱量很快會轉移到系統外殼上，這樣會導致系統外殼溫度迅速升高，從而燙傷人手，直接導致系統的工作時間變短。

還有一些采用相變材料的散熱裝置，如中國發明專利公開號為CH101471538A、名稱為《相變散熱裝置》中公布一種相變散熱裝置和激光器，所述相變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;該方案中將激光器散發的熱量最終傳遞到冷凝室，最后從設置在冷凝室上的半導體制冷芯片傳遞出去，直接讓熱量向外散熱，而這樣傳遞出去的熱量可能很多，當設置在儀器中時會固定的朝一個方向散發大量熱量，使這個方向溫度過高，會對其他儀器造成影響，而且當設置在手提式激光器中時，散發的大量熱量可能會燙傷使用者，造成嚴重的燙傷。

發明內容

為此，本發明為解決現有技術中散熱過程快，散發熱量大造成的影響其他儀器或燙傷人的問題，為解決上述技術問題，本發明提供一種利用相變材料先存儲熱量再緩慢散發熱量的延長脈沖式大功率激光器工作時間的散熱裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種脈沖式大功率激光器的散熱裝置，包括與激光器貼合的導熱裝置，該導熱裝置連接有至少一個導熱管，所述導熱管的一端與該導熱裝置連接，其另一端伸入密封的相變材料內。

優選地，所述導熱裝置包括半導體制冷片和導熱金屬塊，所述半導體制冷片直接與所述激光器貼合，所述導熱金屬塊一端與所述半導體制冷片貼合，另一端與所述導熱管連接。

優選地，所述導熱管設置2-10根。

優選地，所述導熱管伸入所述相變材料內的長度不小于所述導熱管長度的2/3。

所述相變材料為相變蠟。

所述半導體制冷片與所述激光器接觸面均勻涂有導熱材料。

所述導熱金屬塊為紫銅，所述導熱金屬塊的表面均勻涂有導熱材料。

所述導熱管與所述相變材料的接觸部分密封。

還包括容納散熱裝置的外殼，所述外殼內側壁設置有防水裝置，所述外殼與所述導熱金屬塊和所述密封的相變材料的外表面接觸。

一種采用以上散熱裝置的散熱方法，包括以下步驟：

（1）?????所述激光器產生的熱量被導熱裝置吸收，并通過所述導熱管傳遞給所述相變材料；

（2）?????所述相變材料吸收所述導熱管傳遞的熱量并存儲起來，然后緩慢釋放。