[发明专利]相变散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热装置，特别涉及一种用于大功率激光器的相变散热装置。

背景技术

高功率半导体激光器迭阵和高功率全固态激光器以其广阔的应用前景和巨大的潜在市场而成为各国竞相追逐的热点。目前高功率半导体激光器迭阵所面临的主要问题是激光器的低性能，即激光器的功率、效率、可靠性和稳定性、一致性差等问题，这在很大程度上限制了其实际应用。激光器的性能除跟外延材料有关以外，还跟激光器的热耗散有关，由于转换效率等因素，发光器件的集成导致热富集，热富集将造成激光器有源区结温升高，从而降低激光器的光电转换效率，使激光器的中心波长发生温漂，此外，激光器结温过高将会在有源区引入缺陷。因此高功率半导体激光器迭阵器件性能的稳定性和可靠性与结温有直接的关系。通常情况下，高功率半导体激光器迭阵的工作结温低于250℃时，激光器可获得最大的光电转换效率；工作结温低于500℃时，激光器可稳定的工作；而当工作结温高于500℃时，激光器的性能将很快变坏甚至失效。因此要获得高稳定性高可靠性高功率半导体激光器迭阵就必须设计制作高效率的散热系统。无源热沉因其热容量的限制而仅实用于小功率激光器；有源大通道、小通道热沉其热阻也相对较高，适用于中等功率激光器。而现有的微通道冷却热沉主要针对微电子集成设计的，它采用多块厚度均匀的薄金属片叠合封围而成，金属片间热接触差，所能承受的水压低，导热效果不好，此外这种微通道冷却热沉在制备高功率半导体激光器迭阵和全固态激光器时，由于它不能直接冷却单个的激光器阵列条，因此热沉表面的温度会随着冷却液流动的方向逐渐升高，使得激光器受热不均，影响激光器的一致性，这对于激光器的应用极为不利。

目前热效应是制约激光器功率提高的一个主要因素。一方面激光介质的热透镜效应导致谐振腔工作区偏移，另一方面激光介质的热退偏效应导致激光器在类似调Q偏振工作方式下损耗加大。合理地设计泵浦和不同形状的激光介质的冷却结构是解决激光器器件热效应问题所带来的光束质量下降的有效途径。目前常见的侧泵浦方式下棒状激光介质冷却的方式有两种：一种是采用玻璃套液体冷却，另外一种是利用热沉传导冷却。对于在恶劣环境下工作的激光器，如军用、航天用的激光器，液冷的激光器结构复杂，可靠性相对较低。而热沉传导的激光器结构相对简单、可靠性高，更适宜在上述场合下工作。

此外，在半导体泵浦的激光器中，传统的激光器几乎全部使用水来循环冷却，这不可避免的存在冷水机体积庞大、温度控制不够精准且一般只能设置一个温度、能耗大、噪音大等问题。目前，对半导体激光器的散热一般采用热沉、散热片和片状微通道，是分离的部件，有的将两者焊接到一起，对于小功率器件这种散热方式可满足要求，但是对于高功率半导体激光器这种分离散热或两者的组合散热方式，散热效果不理想。

总之，目前的各种散热装置散热效率较低，对于大功率激光器，无法高效率地降低激光器工作温度，且散热也并不均匀，从而导致大功率激光器发光效率降低、输出功率降低、光束质量下降、稳定性降低、工作寿命减小。如果采用水循环冷却等方式，则存在体积大且不环保等更多问题。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种相变冷却散热装置；

本发明的另一目的是提供一种大功率激光器和激光器阵列。

一方面，本发明提供了相变冷却散热装置，包括蒸发室和冷凝室，以及用于将被散热物体发出的热量传导至蒸发室的导热端，所述导热端包括吸热组件，所述吸热组件包覆于被散热物体的四周。

上述装置中，所述导热端还包括散热组件，所述蒸发室内装有相变工作介质，所述散热组件的至少一部分浸泡于所述相变工作介质中。

上述装置中，还包括用于控制冷凝室温度的温度控制装置。

进一步地，所述温度控制装置可以使用制冷压缩机或半导体制冷芯片等，也可将两者组合使用，进一步提升散热效率。

上述装置中，所述冷凝室与所述蒸发室通过导管连接，所述导管上可以设有截流阀。

上述装置中，包括多根连接所述冷凝室与所述蒸发室的导管，且所述导管之间可以各自独立，也可相互连通。

上述装置中，所述散热组件外表面设有散热鳍片，散热鳍片可以为螺纹状或锯齿状。

上述装置中，所述吸热组件侧剖面为楔形或矩形。

上述装置中，所述相变工作介质为由两种或两种以上的冷却工作介质组成的混合介质。

上述装置尤其适用于对激光器或激光器阵列中发热元件的散热。