一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，與現有技術相比解決了散熱效果差、拆裝不便的缺陷。本發明包括進水管、出水管、上導熱銅塊和下導熱銅塊，所述的上導熱銅塊和下導熱銅塊均安裝在箱體內，所述的進水管和出水管均安裝在殼體的同一側部，進水管通過上直通快速接頭安裝在上導熱銅塊的進水口上，上導熱銅塊的出水口安裝有上直角快速接頭，上直角快速接頭安裝在串聯冷卻水管的一端，串聯冷卻水管的另一端安裝有下直角快速接頭，下直角快速接頭安裝在下導熱銅塊的進水口上，下導熱銅塊的出水口通過下直通快速接頭與出水管相接。本發明提高了散熱效率，降低了所需冷卻水的流量及壓強，增加了激光器使用壽命。
【專利說明】一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及半導體激光器技術領域，具體來說是一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置。
[0003]
【背景技術】
[0004]在激光器設計制造技術領域中，散熱是激光器設計制造中的最重要環節之一。激光器發光光源Laser D1de(激光二極管)光功率一般為總功率的25%左右，S卩75%左右的能量都會轉化為熱量(以V1let Laser D1de為例，光功率1000MW，總功率4500MW,光功率22.2%)。而Laser D1de的穩定工作溫度在20°030°C之間，溫度波動越大，光功率越不穩定，溫度過高甚至會燒壞Laser D1de，因此激光器散熱就是擺在激光器設計制造中的重要問題。
[0005]傳統的激光器散熱冷卻水水路為紫銅管折彎而成，折彎成U型回路后，夾在兩片式散熱塊中間。紫銅管外徑公差都比較大，因此夾在兩片散熱塊中間并不能很好的貼合在散熱塊上，空氣層導熱系數非常低，因此有的結構會在空氣層中灌入導熱硅脂，而導熱硅脂的導熱系數也非常低(空氣層導熱系數0.023 ff/(m.K)，銅的導熱系數為400W/(m.K)，較好的導熱硅脂導熱系數也就在8W/(m.K))。而且紫銅管與冷水機連接需要焊接接頭，且焊接接頭與水管連接需抱箍鎖緊，拆裝都非常費時費力。
[0006]在導熱系數低的情況下如果要達到散熱效果，就必須增加水流量、流速，在水流量、流速加大的同時，管內壓力也相應增大，則會增加激光器損壞機率，影響激光器使用壽命。因此如何開發出一種激光器有效的散熱結構且拆裝省時已經成為激光器設計過程中的重要問題。
[0007]
【發明內容】
[0008]本發明的目的是為了解決現有技術中散熱效果差、拆裝不便的缺陷，提供一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置來解決上述問題。
[0009]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，包括箱體，還包括進水管、出水管、上導熱銅塊和下導熱銅塊，所述的上導熱銅塊和下導熱銅塊均安裝在箱體內，所述的進水管和出水管均安裝在殼體的同一側部，進水管通過上直通快速接頭安裝在上導熱銅塊的進水口上，上導熱銅塊的出水口安裝有上直角快速接頭，上直角快速接頭安裝在串聯冷卻水管的一端，串聯冷卻水管的另一端安裝有下直角快速接頭，下直角快速接頭安裝在下導熱銅塊的進水口上，下導熱銅塊的出水口通過下直通快速接頭與出水管相接。
[0010]還包括上排405nm半導體發光陣列和下排375nm半導體發光陣列，所述的上排405nm半導體發光陣列安裝在上導熱銅塊上，所述的下排375nm半導體發光陣列安裝在下導熱銅塊上。
[0011]所述的上導熱銅塊包括底座和上蓋，底座內部橫向設有通水管，上直通快速接頭安裝在通水管的進水口上，上直角快速接頭安裝在通水管的出水口上;底座上設有16個下凹口，上蓋底部設有16個上凹口，上排405nm半導體發光陣列的16個上光纖耦合模塊分別安裝在16個下凹口上，上蓋安裝在底座上且16個上凹口分別安裝在上排405nm半導體發光陣列的16個上光纖耦合模塊上。
[0012]所述的下凹口位于通水管的上方。
[0013]所述通水管的兩側均為密封圓錐管螺紋結構。
[0014]所述上光纖耦合模塊的半導體發光二極管安裝在下凹口上。
[0015]
有益效果
本發明的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，與現有技術相比提高了散熱效率，降低了所需冷卻水的流量及壓強，增加了激光器使用壽命，并且使激光器的后期維護、
維修更加簡便。
[0016]
【附圖說明】
圖1為本發明安裝在半導體激光器中的結構俯視圖；
圖2為半導體激光器中上光纖耦合模塊的結構剖面圖；
圖3為本發明中上導熱銅塊的立體結構圖；
圖4為圖3的縱向剖面圖；
圖5為圖3的結構爆炸圖；
其中，1-半導體發光二極管、2-耦合透鏡、3-光纖陶瓷插頭、4-光纖、5-下光纖耦合模塊、6-上光纖耦合模塊、7-—號光纖輸出端口、8-二號光纖輸出端口、11-殼體、12-上排405nm半導體發光陣列、13-下排375nm半導體發光陣列、14-連接件、15-—號光纖束、16-二號光纖束、17-中間件、20-下導熱銅塊、21-進水管、22-出水管、23-上導熱銅塊、24-上直通快速接頭、25-上直角快速接頭、26-串聯冷卻水管、27-下直角快速接頭、28-下直通快速接頭、31-上蓋、32-底座、33-通水管、34-下凹口、35_上凹口。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]為使對本發明的結構特征及所達成的功效有更進一步的了解與認識，用以較佳的實施例及附圖配合詳細的說明，說明如下:
如圖1所示，激光直寫曝光機的多波長紫外半導體激光器，包括殼體11，殼體11用于各組件的安裝固定。殼體11內安裝有上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13，上排405nm半導體發光陣列12用于產生405nm波長，下排375nm半導體發光陣列13用于產生375nm波長，上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13在殼體11的布置可以呈鏡像對應，只要方便光纖4的引出和纏繞即可。其中，光纖4可以均為石英光纖，光纖4內徑均為123um，光學利用率在75%—90%之間，對375nm和405nm波段具有高透過率。殼體11的側部設有一號光纖輸出端口 7和二號光纖輸出端口 8，一號光纖輸出端口 7和二號光纖輸出端口 8為現有技術中的光纖輸出端口，其安裝在殼體11的側部。為了方便上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13上光纖4的引出，上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13分別位于一號光纖輸出端口 7(二號光纖輸出端口 8)的兩側，一號光纖輸出端口 7和二號光纖輸出端口 8只要靠近上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13即可。
[0019]由于單顆375nm或者405nm半導體發光二極管最大只有1.1W，如果需要大于1W的半導體激光器，就需要將多個半導體發光二極管發出的光通過耦合透鏡耦合進光纖，再將光纖進行捆綁。因此，上排405nm半導體發光陣列12包括16個上光纖耦合模塊6，同樣，下排375nm半導體發光陣列13包括16個下光纖耦合模塊5。上光纖耦合模塊6與下光纖耦合模塊5兩者結構相同，所不同的是上光纖耦合模塊6的半導體發光二極管為405nm半導體發光二極管，下光纖耦合模塊5的半導體發光二極管為375nm半導體發光二極管，因此上光纖耦合模塊6發出405nm波長，下光纖親合模塊5發出375nm波長。16個上光纖親合模塊6和16個下光纖耦合模塊5上均接有光纖4，同理，上光纖耦合模塊6中接出的光纖4為405nm波長，下光纖耦合模塊5接出的光纖4為375nm波長。
[0020]為了實現多波長的設計要求，8個上光纖耦合模塊6所接的光纖4與8個下光纖耦合模塊5所接的光纖4捆綁成一號光纖束15，貝Ij 一號光纖束15分別由16根光纖4捆綁而成，其中405nm波長和375nm波長各占8根。一號光纖束15接入一號光纖輸出端口 7，則從一號光纖輸出端口 7輸出405nm波長和375nm波長的多波長激光信號。同理，另8個上光纖耦合模塊6所接的光纖4與另8個下光纖耦合模塊5所接的光纖4捆綁成二號光纖束16，二號光纖束16接入二號光纖輸出端口 8，則從二號光纖輸出端口 8也輸出405nm波長和375nm波長的多波長激光信號。
[0021]如圖2所示，上光纖耦合模塊6包括半導體發光二極管I和耦合透鏡2，半導體發光二極管I和耦合透鏡2均安裝在中間件17上，半導體發光二極管I發出的光照射在耦合透鏡2上。耦合透鏡2的兩個表面均為非球面結構，耦合透鏡2與半導體發光二極管I相對的一面的數值孔徑為0.5，耦合透鏡2與光纖陶瓷插頭3相對的一面的數值孔徑為0.2。耦合透鏡2設計采用非球面，能最大程度降低球差的影響，提高光學耦合利用率。其材質可選用熱壓材料。耦合透鏡2的兩個表面均鍍有405nm或者375nm高透膜，耦合透鏡2對405nmLD或者375nm的耦合效率在75%-90%。單不局限在405nm或者375nm。
[0022]中間件17和連接件14均為現有技術中的安裝固定部件，中間件17橫向安裝有連接件14，其也可以利用現有技術中的光闌設計。連接件14上安裝有光纖陶瓷插頭3，光纖陶瓷插頭3用于接收耦合透鏡2耦合后的光信號，光纖陶瓷插頭3上連接有光纖4，光纖4將光信號輸出。半導體發光二極管1、耦合透鏡2和光纖陶瓷插頭3三者依次排列且三者的中間點位于同一條直線上，半導體發光二極管I發出的光束經過耦合透鏡2耦合后集中到光纖陶瓷插頭3上，并通過光纖4對外傳輸。
[0023]
由于半導體發光二極管I工作時熱量較大，穩定工作溫度在20°C~30°C之間，溫度波動越大光功率越不穩定，溫度過高甚至會燒壞半導體發光二極管1，因此散熱就是擺在激光器設計制造中的重要問題。如圖1和圖3所示，在箱體11中可以設計本發明所述的循環水冷卻裝置。本發明包括進水管21、出水管22、上導熱銅塊23和下導熱銅塊20，上導熱銅塊23和下導熱銅塊20均安裝在箱體11內，上導熱銅塊23和下導熱銅塊20分別用于上排405nm半導體發光陣列12和下排375nm半導體發光陣列13的散熱，上排405nm半導體發光陣列12安裝在上導熱銅塊23上，下排375nm半導體發光陣列13安裝在下導熱銅塊20上。
[0024]進水管21和出水管22均安裝在殼體11的側部，進水管21用于冷水的進入，出水管22用于循環冷水的送出。進水管21通過上直通快速接頭24安裝在上導熱銅塊23的進水口上，上導熱銅塊23的出水口安裝有上直角快速接頭25，在此上直通快速接頭24和上直角快速接頭25的設計可以方便上導熱銅塊23的拆卸，當上排405nm半導體發光陣列12出現故障時，通過上直通快速接頭24和上直角快速接頭25可以方便地將上導熱銅塊23聯同上排405nm半導體發光陣列12—塊取出。同樣，為了方便上直通快速接頭24和上直角快速接頭25在上導熱銅塊23的通水管33上的安裝，通水管33的兩側均為密封圓錐管螺紋結構，使得密封更好、安裝更方便。
[0025]串聯冷卻水管26用于循環冷水過渡使用，上直角快速接頭25安裝在串聯冷卻水管26的一端，串聯冷卻水管26的另一端安裝有下直角快速接頭27。同理，下直角快速接頭27安裝在下導熱銅塊20的進水口上，下導熱銅塊20的出水口通過下直通快速接頭28與出水管22相接，這樣從進水管21進入的冷卻水經過上直通快速接頭24再進入上導熱銅塊23，對上排405nm半導體發光陣列12進行降溫，再通過上直角快速接頭25進入串聯冷卻水管26，經過上直角快速接頭25進入下導熱銅塊20，對下排375nm半導體發光陣列13進行降溫后，通過下直通快速接頭28從出水管22輸出。
[0026]上導熱銅塊23與下導熱銅塊20兩者內部結構基本相同，只是水流方向略有差異。在此針對上導熱銅塊23為例，闡述其內部結構，如圖4和圖5所示，上導熱銅塊23包括底座32和上蓋31，底座32用于安裝上光纖耦合模塊6。底座32內部橫向設有通水管33，通水管33橫向貫穿底座32，使得安裝在底座32上的光纖耦合模塊6均能受到良好的散熱。上直通快速接頭24安裝在通水管33的進水口上，S卩上直通快速接頭24安裝在上導熱銅塊23的進水口上，上直角快速接頭25安裝在通水管33的出水口上，即上直角快速接頭25安裝在上導熱銅塊23的出水口上。
[0027]底座32上設有16個下凹口34，下凹口 34為上光纖耦合模塊6的安裝座。為了得到更好的降溫效果，下凹口 34可以位于通水管33的上方。上蓋31底部設有16個上凹口 35，上凹口35用于和下凹口 34配合對上光纖耦合模塊6進行固定限位。上排405nm半導體發光陣列12的16個上光纖耦合模塊6分別安裝在16個下凹口 34上，其可以采用現有技術中多種安裝方式進行安裝，但為了最優的降溫效果，可以將上光纖耦合模塊6的半導體發光二極管I安裝在下凹口 34上，直接對半導體發光二極管I進行降溫。上蓋31安裝在底座32上，16個上凹口 35分別安裝在上排405nm半導體發光陣列12的16個上光纖耦合模塊6上，通過上凹口 35和下凹口 34將上光纖耦合模塊6進行安裝固定。
[0028]在實際使用時，當半導體激光器工作時，上排405nm半導體發光陣列12產生405nm波長，下排375nm半導體發光陣列13產生375nm波長，并分別從一號光纖輸出端口 7和二號光纖輸出端口 8輸出405nm波長和375nm波長的多波長激光信號。此時，冷卻水從進水管21中進入，對上排405nm半導體發光陣列12進行降溫后再對下排375nm半導體發光陣列13進行降溫，最后從出水管22中排出。其中，上導熱銅塊23與下導熱銅塊20與冷卻水直接接觸，中間沒有空氣層或者導熱硅脂增加熱阻，散熱效果達到最佳。當半導體激光器需要維修、維護時，只需取下上直通快速接頭24、上直角快速接頭25、下直角快速接頭27或下直通快速接頭28，即可分離半導體激光器各個模塊，方便快速。
[0029]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明的范圍內。本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
【主權項】
1.一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，包括箱體(11)，其特征在于:還包括進水管(21)、出水管(22)、上導熱銅塊(23)和下導熱銅塊(20)，所述的上導熱銅塊(23)和下導熱銅塊(20)均安裝在箱體(11)內，所述的進水管(21)和出水管(22 )均安裝在殼體(11)的同一側部，進水管(21)通過上直通快速接頭(24)安裝在上導熱銅塊(23)的進水口上，上導熱銅塊(23)的出水口安裝有上直角快速接頭(25)，上直角快速接頭(25)安裝在串聯冷卻水管(26)的一端，串聯冷卻水管(26)的另一端安裝有下直角快速接頭(27)，下直角快速接頭(2 7 )安裝在下導熱銅塊(2 O )的進水口上，下導熱銅塊(2 O )的出水口通過下直通快速接頭(28)與出水管(22)相接。2.根據權利要求1所述的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，其特征在于:還包括上排405]11]1半導體發光陣列(12)和下排375111]1半導體發光陣列(13)，所述的上排405111]1半導體發光陣列(12)安裝在上導熱銅塊(23)上，所述的下排375nm半導體發光陣列(13)安裝在下導熱銅塊(20)上。3.根據權利要求2所述的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，其特征在于:所述的上導熱銅塊(23)包括底座(32)和上蓋(31)，底座(32)內部橫向設有通水管(33)，上直通快速接頭(24)安裝在通水管(33)的進水口上，上直角快速接頭(25)安裝在通水管(33)的出水口上;底座(32)上設有16個下凹口(34)，上蓋(31)底部設有16個上凹口(35)，上排405nm半導體發光陣列(12)的16個上光纖親合模塊(6)分別安裝在16個下凹口(34)上，上蓋(31)安裝在底座(32)上且16個上凹口(35)分別安裝在上排405nm半導體發光陣列(12)的16個上光纖耦合模塊(6)上。4.根據權利要求3所述的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，其特征在于:所述的下凹口(34)位于通水管(33)的上方。5.根據權利要求3所述的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，其特征在于:所述通水管(33)的兩側均為密封圓錐管螺紋結構。6.根據權利要求3所述的一種用于半導體激光器的循環水冷卻裝置，其特征在于:所述上光纖耦合模塊(6)的半導體發光二極管(I)安裝在下凹口(34)上。
【文檔編號】H01S5/024GK106025788SQ201610586038
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發明人】王厲先
【申請人】合肥芯碁微電子裝備有限公司