[發(fā)明專利]一種激光器的溫度調(diào)節(jié)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111130266.4
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113972556A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉億明;毛鑫林;劉進輝;丁建武
• 申請（專利權(quán)）人: 光惠（上海）激光科技有限公司
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S3/04
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)智慧成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32419
• 代理人: 周波琴

本發(fā)明涉及一種激光器的溫度調(diào)節(jié)裝置，包括發(fā)熱元件、熱導(dǎo)率可調(diào)的散熱基板、推力機構(gòu)和熱沉，其中散熱基板包括能夠相對位移的第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層。通過改變熱導(dǎo)層中導(dǎo)熱柱的重合率，實現(xiàn)對散熱基板導(dǎo)熱性能的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)發(fā)熱元件的溫度，使發(fā)熱元件始終能夠保持在最佳的工作溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光器的散熱領(lǐng)域，具體涉及一種可以調(diào)節(jié)激光器溫度的裝置。

背景技術(shù)

激光器在工作時會產(chǎn)生大量熱能，這會導(dǎo)致激光器的工作介質(zhì)發(fā)熱，從而影響激光器的波長，輸出功率、模式穩(wěn)定性以及壽命。如在半導(dǎo)體激光器中，激光器的輸出光波長受PN結(jié)溫度的影響，通常每攝氏度有0.3-0.5nm的波長漂移，也會導(dǎo)致激光轉(zhuǎn)化效率大大降低，整體系統(tǒng)穩(wěn)定性差。因此激光器需要具有冷卻性能突出的散熱裝置，以防止造成熱損傷，而減短壽命甚至損壞。

不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作狀態(tài)的激光器有不同的最佳工作溫度。現(xiàn)有技術(shù)中，比較常見的控溫方法為熱電制冷和冷媒制冷，這兩種方法都屬于主動制冷和控溫，缺點是需要大量的額外能耗，且不夠便捷。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)發(fā)熱元件溫度的散熱裝置，其結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定可靠，適用于大功率激光器。

本發(fā)明提供一種發(fā)熱元件的溫度調(diào)節(jié)裝置，溫度調(diào)節(jié)裝置包括發(fā)熱元件、熱導(dǎo)率可調(diào)的散熱基板、推力機構(gòu)和熱沉；散熱基板位于發(fā)熱元件和熱沉之間，散熱基板包括第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層，第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層相互接觸；第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層均包括基底和周期性分布在基底中的多個導(dǎo)熱柱，導(dǎo)熱柱在基底的厚度方向上貫穿基底；構(gòu)成基底的材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于構(gòu)成導(dǎo)熱柱的材料的導(dǎo)熱系數(shù)；推力機構(gòu)用于使第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層產(chǎn)生相對位移，從而改變第一熱導(dǎo)層中導(dǎo)熱柱和第二熱導(dǎo)層中導(dǎo)熱柱的重合率，調(diào)節(jié)散熱基板的熱導(dǎo)率，進而調(diào)節(jié)發(fā)熱元件的溫度。

優(yōu)選地，發(fā)熱元件為半導(dǎo)體激光器，或固體激光器中的增益晶體，或光纖激光器。

優(yōu)選地，散熱基板的導(dǎo)熱性能隨第一熱導(dǎo)層和第二熱導(dǎo)層的導(dǎo)熱柱的重合率增大而增強。

優(yōu)選地，多個導(dǎo)熱柱在基底各區(qū)域中的分布密度相同。

優(yōu)選地，與發(fā)熱元件溫度較高的部分對應(yīng)的第一熱導(dǎo)層區(qū)域和/或第二熱導(dǎo)層區(qū)域中的導(dǎo)熱柱的分布密度比與發(fā)熱元件溫度較低的部分對應(yīng)的第一熱導(dǎo)層區(qū)域和/或第二熱導(dǎo)層區(qū)域中的導(dǎo)熱柱的分布密度大。

優(yōu)選地，與發(fā)熱元件溫度較高的部分對應(yīng)的第一熱導(dǎo)層區(qū)域和/或第二熱導(dǎo)層區(qū)域中的導(dǎo)熱柱采用的材料的導(dǎo)熱系數(shù)比與發(fā)熱元件溫度較低的部分對應(yīng)的第一熱導(dǎo)層區(qū)域和/或第二熱導(dǎo)層區(qū)域中的導(dǎo)熱柱采用的材料的導(dǎo)熱系數(shù)高。

優(yōu)選地，推力機構(gòu)為直線電機、絲杠機構(gòu)、電動缸或液壓缸。

優(yōu)選地，熱沉為水冷板。

優(yōu)選地，基底采用的材料為塑料、尼龍和特氟龍組成的群組中的一個；導(dǎo)熱柱采用的材料為純金屬、合金和石墨組成的群組中的一個或多個。

本發(fā)明還提供了一種發(fā)熱元件的溫度調(diào)節(jié)裝置的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)包括散熱基板、發(fā)熱元件、溫度傳感器、控制器以及推力機構(gòu)；溫度傳感器用于采集發(fā)熱元件的工作溫度，控制器用于根據(jù)預(yù)設(shè)溫度和當(dāng)前工作溫度控制推力機構(gòu)；推力機構(gòu)用于控制散熱基板中兩個熱導(dǎo)層中導(dǎo)熱柱的重合率。

本發(fā)明至少具有如下有益技術(shù)效果：

(1)通過散熱基板中兩個熱導(dǎo)層之間的相對位移，改變導(dǎo)熱柱的重合率，實現(xiàn)對散熱基板導(dǎo)熱性能的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)發(fā)熱元件的溫度，使發(fā)熱元件始終能夠保持在最佳的工作溫度，溫度調(diào)節(jié)方式非常便捷；

(2)針對熱分布不均勻的發(fā)熱元件，可以通過改變導(dǎo)熱柱的分布方式或?qū)嶂捎玫牟牧希股峄甯鲄^(qū)域的導(dǎo)熱性能不同，從而使發(fā)熱元件的熱分布更均勻；