[发明专利]大功率半导体激光器膨胀制冷系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器冷却系统，特别涉及一种用于大功率半导体激光器冷却系统。

背景技术

半导体激光器具有体积小、重量轻、寿命长、电光转换效率高等优点，在科学技术和国民经济的各个领域得到了广泛的应用。自从超晶格量子阱激光材料发明以来，随着实际工程发展的需要，半导体激光器的输出功率也越来越高，发热功率密度也较大(达到4-6W/mm²)，这就对冷却技术和器件提出了很高的要求。

现有技术中，对于连续或准连续输出的大功率半导体激光器列阵冷却效果较好的技术是美国加州大学利福莫尔国家实验室于1992年发明，并于1996年实用化的微通道冷却封装组件(Modular Microchannel Cooled Heatsinks)，运用它不仅具有很好的冷却效果，而且能够实现将多个二极管激光器列阵迭层组装为面阵以获得更大功率的半导体激光输出，于是，微通道冷却封装组件也成为了发展大功率的半导体激光技术必不可少的关键部件。虽然经过多年的应用实践，微通道冷却封装组件也有了不少的改进，但基本结构和冷却方式并无大的改变。

现有技术中，还出现了一种高功率激光二极管列阵的微通道冷却封装组件，应用于大功率半导体激光器具有较好的冷却效果。

上述技术方案中，对器件的制作精度要求较高，工艺环节多，且较为复杂，成品率低，提高了制造成本，使得微通道冷却封装组件的推广使用受到了极大的限制；该器件对所需的制冷系统和冷却水循环系统也有特殊的要求，必须采用高压(约0.5Mpa)纯净水冷却，所用的冷却水还必须预先制冷，需要一个体积较大的高压水冷系统，与半导体激光器体积小的优点不相适应，影响了使用的方便性。

因此，需要对大功率半导体激光器的制冷系统进行改进，具有较大的制冷功率，应用于大功率半导体激光器列阵具有较好的冷却效果，改变现有技术中制作精度高、工艺复杂和体积大、压力高的缺点，节约能源，且结构简单，操作方便，使用成本低，从而降低半导体激光器冷却系统的成本，提高半导体激光器的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种大功率半导体激光器膨胀制冷系统，具有较大的制冷功率，应用于大功率半导体激光器列阵具有较好的冷却效果，改变现有技术中制作精度高、工艺复杂和体积大、压力高的缺点，节约能源，且结构简单，操作方便，使用成本低，从而降低半导体激光器冷却系统的成本，提高半导体激光器的使用寿命。

本发明的大功率半导体激光器膨胀制冷系统，包括按制冷介质流程依次连通的制冷压缩机、冷凝器和激光器制冷封装组件；所述激光器制冷封装组件设有膨胀腔，所述制冷介质在激光器制冷封装组件的膨胀腔内膨胀蒸发气化后回至制冷压缩机进口；半导体激光器阵列与膨胀腔外壁导热连接。

进一步，所述激光器制冷封装组件包括至少一片基片紧密叠合形成的基片组和分别位于基片两侧与基片组紧密叠合的夹持片I和夹持片II，所述基片表面刻蚀膨胀槽和与膨胀槽相通的毛细槽，所述膨胀槽和毛细槽通过紧密叠合的相邻基片或者夹持片I封闭分别形成膨胀腔和与膨胀腔相通的毛细通道，所述毛细通道与冷凝器出口连通，膨胀腔连通于压缩机入口；

进一步，所述基片设有用于安装半导体激光器阵列的沉台，所述膨胀槽位于沉台背侧，并包容于沉台；

进一步，所述膨胀腔设有膨胀腔介质出口，毛细通道设有毛细通道介质进口，毛细通道介质进口和膨胀腔介质出口均为设于基片上的贯穿孔。

进一步，所述膨胀腔的尺寸大于或等于半导体激光器阵列的尺寸，所述膨胀腔介质出口和膨胀腔用于与毛细通道连通的介质进口分别位于膨胀腔沿半导体激光器阵列的两端；

进一步，所述夹持片I设有连通于毛细通道介质进口的进口流道，夹持片II设有与膨胀腔介质出口连通的出口流道；

进一步，所述基片组中的基片为一个，基片的膨胀槽和毛细槽通过紧密叠合的夹持片I封闭分别形成膨胀腔和与膨胀腔相通的毛细通道。

进一步，基片组中的基片为多个，位于首端的基片的膨胀槽和毛细槽通过紧密叠合的夹持片I封闭，其余基片的膨胀槽和毛细槽通过位于其前侧的相邻基片紧密贴合封闭，相邻基片叠合后其毛细通道介质进口相互连通形成介质进口通道，相邻基片叠合后其膨胀腔介质出口相互连通形成介质出口通道。