一种高功率激光器的散热装置的制作方法

1.本发明涉及高功率激光器散热技术领域，特别涉及一种高功率激光器的散热装置。


背景技术：

2.高功率激光器的工作原理为通过半导体将电能转化为光能，对于由半导体制成的激光器来说，其光电转换效率为50～60％，其余电能会产生热量。若半导体激光器所产生的热量不能及时排出，将导致pn结温度显著升高，进而导致半导体激光器的阈值电流变高，量子效率显著下降，器件的电光转换效率降低，从而产生更多的热量。
3.相关技术中，利用水冷板以循环水冷的方式对激光器进行散热。水冷板内部为空腔，空腔中循环通入所述冷却液。但是，受空腔形状的限制，该散热方式会导致散热不均匀，当半导体激光器散热不均匀时，芯片的有源区会产生热应力，出现“smile”效应，影响激光器输出光束的质量。
4.因此，针对以上不足，急需一种高功率激光器的散热装置。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种高功率激光器的散热装置，能够实现多个激光器模块均匀散热。
6.本发明实施例提供了一种高功率激光器的散热装置，包括板体和多个激光器模块，所述激光器模块用于安装激光器以及为所述激光器散热，所述激光模块安装在所述板体上；
7.所述板体内部设置有流体通道，沿所述板体厚度方向投影，每个所述激光器模块的投影均与所述流体通道的投影部分重合，且重合的部分面积相同，所述板体设置有进液口和出液口，所述流体通道分别与所述进液口和所述出液口连通，冷却液通过所述进液口和所述出液口不断流经所述流体通道，以对所述激光器模块进行散热；
8.所述激光器模块包括热沉和热管，所述热沉固定在所述板体上，所述热管的第一端穿设于所述热沉中，所述热管的第二端穿过所述板体进入所述流体通道中。
9.在一种可能的设计中，所述流体通道的进液口处、支路汇聚处、和弯度大于预设值处设置有湍流缓冲仓，所述湍流缓冲仓的宽度和深度均大于所述流体通道，所述湍流缓冲仓用于减小所述冷却液的液压。
10.在一种可能的设计中，所述热管靠近所述热沉安装激光器的面，以提高导热速率。
11.在一种可能的设计中，所述热管上设置有密封模块，所述第二端由所述密封模块的第一面穿入，由所述密封模块的第二面穿出，所述第一面和所述第二面相邻，所述板体设置有贯穿孔，穿出所述第二面的所述第二端由所述贯穿孔进入所述流体通道，所述第二面安装在所述板体上以密封所述贯穿孔。
12.在一种可能的设计中，所述第二面设置有第一密封圈，所述第一密封圈用于增加
所述第二面和所述贯穿孔之间的密封性。
13.在一种可能的设计中，所述热沉和所述密封模块之间存在间距，所述热沉和所述密封模块之间连接有热管，所述热管具有可塑性，通过调整所述热管消除所述热沉和所述密封模块之间的相互作用。
14.在一种可能的设计中，在所述流体通道的内壁设置有多个扰流件，多个所述扰流件沿所述流体通道的中轴线设置，所述扰流件用于使所述冷却液进行扰流运动以使所述冷却液更快地带走热量，所述扰流件还用于降低所述冷却液对板体的冲击。
15.在一种可能的设计中，所述扰流件包括条形翅片、菱形翅片和柱形翅片中的至少一种。
16.在一种可能的设计中，所述板体包括可拆装的第一层体和第二层体，安装所述第一层体和所述第二层体形成所述板体和所述流体通道，拆分所述第一层体和所述第二层体以清洗所述流体通道。
17.在一种可能的设计中，所述第一层体和所述第二层体间设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述流体通道外围，所述第二密封圈用于增加所述第一层体和所述第二层体之间的密封性。
18.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
19.在本实施例中，流体通道为弯曲的通道，流体通道流经每个激光器模块中心位置的下方，并且，每个激光器模块下方的流体通道的面积相等。如此设置，每个半导体激光器的散热面积相等。热管的第一端穿设于热沉中，第二端插入流体通道中，如此设置，能够进一步地将热沉的热量导入流体通道的冷却液中，进而热量被冷却液带出。综上，在水冷循环散热和热管散热的共同作用下，能够确保多个激光器模块的均匀散热。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明实施例提供的一种高功率激光器的散热装置的结构示意图；
22.图2是本发明实施例提供的一种板体的内部结构示意图；
23.图3是本发明实施例提供的一种激光器模块的结构示意图；
24.图4是本发明实施例提供的一种激光器模块的俯视结构示意图；
25.图5是本发明实施例提供的另一种板体的内部结构示意图。
26.图中：
27.1-激光器模块；
28.11-热沉；
29.12-热管；
30.13-密封模块；
31.131-第一密封圈；
32.2-板体；
33.21-流体通道；
34.211-湍流缓冲仓；
35.212-扰流件；
36.22-进液口；
37.23-出液口；
38.24-第一层体；
39.25-第二层体；
40.26-贯穿孔。
具体实施方式
41.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。
43.本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
44.如图1至图5所示，本发明实施例提供了一种高功率激光器的散热装置，包括板体2和多个激光器模块1，激光器模块1用于安装激光器以及为激光器散热，激光模块安装在板体2上；
45.板体2内部设置有流体通道21，沿板体2厚度方向投影，每个激光器模块1的投影均与流体通道21的投影部分重合，且重合的部分面积相同，板体2设置有进液口22和出液口23，流体通道21分别与进液口22和出液口23连通，冷却液通过进液口22和出液口23不断流经流体通道21，以对激光器模块1进行散热；
46.激光器模块1包括热沉11和热管12，热沉11固定在板体2上，热管12的第一端穿设于热沉11中，热管12的第二端穿过板体2进入流体通道21中。
47.在本实施例中，在本实施例中，流体通道21为弯曲的通道，流体通道21流经每个激光器模块1中心位置的下方，并且，每个激光器模块1下方的流体通道21的面积相等。如此设置，每个半导体激光器的散热面积相等。热管12的第一端穿设于热沉11中，第二端插入流体通道21中，如此设置，能够进一步地将热沉11的热量导入流体通道21的冷却液中，进而热量被冷却液带出。综上，在水冷循环散热和热管散热的共同作用下，能够确保多个激光器模块
1的均匀散热。
48.可以理解的是，板体2的制备材料可以是导热性良好的材料，优选铝合金。热沉11的制备材料可以是导热性优异的黄铜。
49.需要说明的是，热管12贯穿整个热沉11，热管12的第一端既可以穿出热沉11，也可以不穿出热沉11。
50.在本发明的一些实施例中，流体通道21的进液口22处、支路汇聚处、和弯度大于预设值处设置有湍流缓冲仓211，湍流缓冲仓211的宽度和深度均大于流体通道21，湍流缓冲仓211用于减小冷却液的液压。
51.为了流经每个激光器模块1的底部，流体通道21设计成一条或多条蜿蜒的通道，在通道弯度较大的位置会形成湍流漩涡，湍流漩涡会产生气泡，流体通道21内的气泡不仅会降低冷却液和板体2的热传导效率，还会产生气泡腐蚀现象，降低第一层体24和第二层体25之间的密封可靠性。在进液口22处、支路汇聚处和弯度较大的位置设置湍流缓冲仓211，空间突然变大的湍流缓冲仓211使原本容易产生湍流的区域水流平稳，防止湍流和气泡形成。
52.此外，进液口22处、支路汇聚处和弯度较大的位置液压较大，较大液压下的冷却液会冲击流体通道21内壁，即板体2，进而会导致板体2局部变形，影响光学器件工作性能，增加了激光光束整形、耦合、准直等技术的难度。空间突然增大的湍流缓冲仓211使液压减弱，进而减小冷却液对流体通道21内壁的冲击，避免了板体2局部变形以及由板体2局部变形而引起的其他不利影响。
53.在本实施例中，弯度较大的位置设置有湍流缓冲仓211，冷却液由湍流缓冲仓211流出后进入流体通道21，该段流体通道21的上部安装有激光器模块1。缓冲液由空间较大的湍流缓冲仓211进入空间较小的流体通道21，冷却液会充满流体通道21，使流体通道21中的冷却液充分接触激光器模块1底部的板体2和热管12，提高散热的效率。
54.需要说明的是，预设值可以通过实验或计算机模拟确定，具体预设值与冷却液的类型、流体通道21的形状尺寸和冷却液的流速相关。
55.在本发明的一些实施例中，热管12靠近热沉11安装激光器的面，以提高导热速率。
56.在本实施例中，热管12尽量靠近热沉11安装激光器的面，即热管12尽量靠近热源，如此设置，能够更快地导热散热。优选地，热管12与热沉11安装激光器的面相切。
57.在本发明的一些实施例中，热管12上设置有密封模块13，第二端由密封模块13的第一面穿入，由密封模块13的第二面穿出，第一面和第二面相邻，板体2设置有贯穿孔26，穿出第二面的第二端由贯穿孔26进入流体通道21，第二面安装在板体2上以密封贯穿孔26。
58.在本实施例中，板体2设置有贯穿孔26，贯穿孔26连通流体通道21，热管12通过贯穿孔26进入流体通道21。为了避免流体通道21中的冷却液由贯穿孔26溢出，在热管12上设置密封模块13，热管12密封穿入密封模块13的第一面，密封穿出密封模块13的第二面，第二面与贯穿孔26密封连接，从而实现了通过密封模块13密封贯穿孔26的效果。
59.在本发明的一些实施例中，第二面设置由第一密封圈131，第一密封圈131用于增加第二面和贯穿孔26之间的密封性。
60.为了增加第二面和贯穿孔26之间的密封性，在第二面上设置第一密封圈131以增加第二面和贯穿孔26之间的密封性。
61.在本发明的一些实施例中，热沉11和密封模块13之间存在间距，热沉11和密封模
块13之间连接有热管12，热管12具有可塑性，通过调整热管12消除热沉11和密封模块13之间的相互作用。
62.在本实施例中，如果热沉11和密封模块13靠的过近的话，无法保证二者在互不影响的情况下水平安装在板体2上，或者即便安装在板体2上，也无法精确保证安装的平整度，无法保证平整度的话，会影响激光的精度，还会影响密封模块13和板体2的密封可靠性。为了防止热沉11和密封模块13互相影响，增加二者之间的距离，连接二者的热管12具有一定可塑性，通过热管12的协调，使热沉11和密封模块13能够平整地安装在板体2上。
63.在本发明的一些实施例中，在流体通道21的内壁设置有多个扰流件212，多个扰流件212沿流体通道21的中轴线设置，扰流件212用于使冷却液进行扰流运动以使冷却液更快地带走热量，扰流件212还用于降低冷却液对板体2的冲击。
64.在本实施例中，在流体通道21内壁设置多个扰流件212，能够扰动冷却液，使冷却液更快地带走来自热沉11的热量。此外，扰流件212还局部减慢了冷却液的流速和液压，进而减少了冷却液对流体通道21的内壁的冲击。
65.在本发明的一些实施例中，扰流件212包括条形翅片、菱形翅片和柱形翅片中的至少一种。
66.在本实施例中，优选菱形翅片。
67.在本发明的一些实施例中，板体2包括可拆装的第一层体24和第二层体25，安装第一层体24和第二层体25形成板体2和流体通道21，拆分第一层体24和第二层体25以清洗流体通道21。
68.在本实施例中，第一层体24和第二层体25可拆分，拆分后便于清洗内部流体通道21，并且，拆分后便于安装热管12。具体地，拆分第一层体24和第二层体25，将热管12穿过贯穿孔26，热管12具有可塑性，穿过贯穿孔26后调整热管12到适合的弯度，然后合并第一层体24和第二层体25。
69.在本发明的一些实施例中，第一层体24和第二层体25间设置有第二密封圈，第二密封圈设置在流体通道21外围，第二密封圈用于增加第一层体24和第二层体25之间的密封性。
70.在本实施例中，密封圈可以设置在第一层体24上，也可以设置在第二层体25上，具体地，在第一层体24或第二层体25上加工与第二密封圈匹配的凹槽，将第二密封圈放入凹槽中，通过密封螺纹孔将第一层体24和第二层体25安装在一起。第二密封圈将流体通道21包围，安装后使第一层体24和第二层体25之间保持密封。
71.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。