[发明专利]一种激光器的温度调节装置

说明书

本发明涉及一种激光器的温度调节装置，包括发热元件、热导率可调的散热基板、推力机构和热沉，其中散热基板包括能够相对位移的第一热导层和第二热导层。通过改变热导层中导热柱的重合率，实现对散热基板导热性能的调节，从而调节发热元件的温度，使发热元件始终能够保持在最佳的工作温度。

技术领域

本发明属于激光器的散热领域，具体涉及一种可以调节激光器温度的装置。

背景技术

激光器在工作时会产生大量热能，这会导致激光器的工作介质发热，从而影响激光器的波长，输出功率、模式稳定性以及寿命。如在半导体激光器中，激光器的输出光波长受PN结温度的影响，通常每摄氏度有0.3-0.5nm的波长漂移，也会导致激光转化效率大大降低，整体系统稳定性差。因此激光器需要具有冷却性能突出的散热装置，以防止造成热损伤，而减短寿命甚至损坏。

不同结构参数和工作状态的激光器有不同的最佳工作温度。现有技术中，比较常见的控温方法为热电制冷和冷媒制冷，这两种方法都属于主动制冷和控温，缺点是需要大量的额外能耗，且不够便捷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种能够实时调节发热元件温度的散热装置，其结构简单稳定可靠，适用于大功率激光器。

本发明提供一种发热元件的温度调节装置，温度调节装置包括发热元件、热导率可调的散热基板、推力机构和热沉；散热基板位于发热元件和热沉之间，散热基板包括第一热导层和第二热导层，第一热导层和第二热导层相互接触；第一热导层和第二热导层均包括基底和周期性分布在基底中的多个导热柱，导热柱在基底的厚度方向上贯穿基底；构成基底的材料的导热系数小于构成导热柱的材料的导热系数；推力机构用于使第一热导层和第二热导层产生相对位移，从而改变第一热导层中导热柱和第二热导层中导热柱的重合率，调节散热基板的热导率，进而调节发热元件的温度。

优选地，发热元件为半导体激光器，或固体激光器中的增益晶体，或光纤激光器。

优选地，散热基板的导热性能随第一热导层和第二热导层的导热柱的重合率增大而增强。

优选地，多个导热柱在基底各区域中的分布密度相同。

优选地，与发热元件温度较高的部分对应的第一热导层区域和/或第二热导层区域中的导热柱的分布密度比与发热元件温度较低的部分对应的第一热导层区域和/或第二热导层区域中的导热柱的分布密度大。

优选地，与发热元件温度较高的部分对应的第一热导层区域和/或第二热导层区域中的导热柱采用的材料的导热系数比与发热元件温度较低的部分对应的第一热导层区域和/或第二热导层区域中的导热柱采用的材料的导热系数高。

优选地，推力机构为直线电机、丝杠机构、电动缸或液压缸。

优选地，热沉为水冷板。

优选地，基底采用的材料为塑料、尼龙和特氟龙组成的群组中的一个；导热柱采用的材料为纯金属、合金和石墨组成的群组中的一个或多个。

本发明还提供了一种发热元件的温度调节装置的闭环反馈控制系统，闭环反馈控制系统包括散热基板、发热元件、温度传感器、控制器以及推力机构；温度传感器用于采集发热元件的工作温度，控制器用于根据预设温度和当前工作温度控制推力机构；推力机构用于控制散热基板中两个热导层中导热柱的重合率。

本发明至少具有如下有益技术效果：

(1)通过散热基板中两个热导层之间的相对位移，改变导热柱的重合率，实现对散热基板导热性能的调节，从而调节发热元件的温度，使发热元件始终能够保持在最佳的工作温度，温度调节方式非常便捷；

(2)针对热分布不均匀的发热元件，可以通过改变导热柱的分布方式或导热柱采用的材料，使散热基板各区域的导热性能不同，从而使发热元件的热分布更均匀；