CN115084981A - 一种激光放大器冷却*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光放大器冷却***，包括流体储存箱、微通道热沉、激光晶体介质、铟层、泵浦匀化耦合装置以及制冷机；所述泵浦匀化耦合装置与激光晶体介质相对设置，激光晶体介质抵连铟层，铟层设于微通道热沉底部；所述微通道热沉内等距开设多个导流空腔，各导流空腔顶部中间开设有入口Ⅰ，各导流空腔两端分别开设有出口Ⅰ；所述流体储存箱输出端连接导流空腔的入口Ⅰ，导流空腔的出口Ⅰ连接制冷机，制冷机输出端连接流体储存箱输入端。本发明能够循环地将激光晶体介质的热量向四周扩散至整个主体，使得热传导效果均衡、有效。

Description

一种激光放大器冷却***

技术领域

本发明属于激光放大器散热领域，尤其涉及一种激光放大器冷却***。

背景技术

自十九世纪六十年代激光器诞生以来，经过半个多世纪的发展，激光技术已经在工业、科学、军事、通信等领域取得了广泛的应用。使用高功率激光二极管阵列作为抽运源的新一代全固态激光器成为实现高重频大能量激光输出的重要技术途径之一。但随着固体激光器输出平均功率的增大，激光晶体介质中的热量也随之增大，如果不能及时散热，激光晶体介质的温度会迅速升高，进而会造成激光输出功率和光束质量下降等一系列不良影响，因此，高功率激光器必须要具有高效稳定的晶体介质散热***。

激光晶体介质在受到高功率抽运光作用时，其内部将形成一个不均匀的热源，导致激光晶体介质内温度分布不均，进而在不同方向上产生温度梯度。激光晶体介质内的温度梯度可导致热形变、热应力等不良热效应，甚至还会使激光晶体介质炸裂。

因此，设计高效的冷却***，使其可以快速导出激光晶体介质内部的无用热，进而减小介质内的热效应是固体激光器实现更高功率输出必须攻克的关键技术之一。

激光晶体介质要求相应的冷却器件具有高效的散热能力，常规的微通道冷却技术不仅压降大，而且微通道内的流体在流动过程由于吸热而升温，造成微通道后部的温度比前部高，从而使得激光晶体介质局部温度不均匀，均温效果较差，难以满足含有高热流密激光晶体介质的冷却要求。对于单纯的射流冷却技术，虽然可以凭借较大的射流流速尽可能地将固体表面的热量带走，但射流冲击区域外的换热系数会急剧减小，也会造成整体均温效果差。

因此，本申请提出了一种激光放大器冷却***。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种激光放大器冷却***，能够循环为激光晶体介质均衡降温。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种激光放大器冷却***，包括流体储存箱、微通道热沉、激光晶体介质、铟层、泵浦匀化耦合装置以及制冷机；

所述泵浦匀化耦合装置与激光晶体介质相对设置，激光晶体介质抵连铟层，铟层设于微通道热沉底部；

所述微通道热沉内等距开设多个导流空腔，各导流空腔顶部中间开设有入口Ⅰ，各导流空腔两端分别开设有出口Ⅰ；

所述流体储存箱输出端连接导流空腔的入口Ⅰ，导流空腔的出口Ⅰ连接制冷机，制冷机输出端连接流体储存箱输入端。

进一步地，所述微通道热沉顶部设有盖板，盖板上开设有与入口Ⅰ匹配的通孔；

进一步地，所述导流空腔设置为矩形。

进一步地，所述的激光放大器冷却***包括流体匀化模块；

所述流体匀化模块包括橡胶软管Ⅱ和拓展段；

所述橡胶软管Ⅱ一端连接流体储存箱输出端，橡胶软管Ⅱ另一端设有拓展段，拓展段上开设有多个出口Ⅱ，各出口Ⅱ与入口Ⅰ压接。

进一步地，所述橡胶软管Ⅱ和拓展段之间设有阔口段，阔口段内设有阵列孔板，各阵列孔板与出口Ⅱ相对设置。

进一步地，所述阵列孔板包括多个相对设置的阵列孔板；

各阵列孔板的圆孔孔经不同。

进一步地，所述的激光放大器冷却***包括两个相对设置的流体耦合模块；

各流体耦合模块包括橡胶软管Ⅲ、缩口段和夹持段；

所述夹持段一端贯通连接出口Ⅱ，夹持段另一端连接缩口段，缩口段连接橡胶软管Ⅲ，橡胶软管Ⅲ连接制冷机。

进一步地，所述的激光放大器冷却***包括智能泵、温度探测器以及控制模块；

所述温度探测器输入端设于激光晶体介质一侧，温度探测器输出端连接控制模块，控制模块输出端连接智能泵，智能泵连接流体储存箱。

进一步地，所述的激光放大器冷却***包括压力探测器Ⅰ、压力探测器Ⅱ和流量计；

所述压力探测器Ⅰ设于微通道热沉输入端；

所述压力探测器Ⅱ设于微通道热沉输出端；

所述流量计设于制冷机输入端；

所述压力探测器Ⅰ、压力探测器Ⅱ和流量计的输出端均连接控制模块。

进一步地，所述的激光放大器冷却***包括稳压罐、过滤器、截止阀Ⅰ和截止阀Ⅱ；

所述稳压罐、截止阀Ⅰ和过滤器顺次设于智能泵和压力探测器Ⅰ之间；

所述截止阀Ⅱ设于制冷机和流体储存箱之间。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明通过设置具有多个导流空腔的微通道热沉，各导流空腔中流体参数相同，且各导流空腔中流体在微通道热沉中流动时互不影响，避免微通道热沉中流体温度差异大的显现发生，能够将激光晶体介质的热量向四周扩散至整个主体，使得热传导效果均衡、有效；本发明通过设置制冷机给升温后的流体降温供循环使用，形成封闭式***，受外界环境影响小，不仅便于安装管理，还节约了资源。

附图说明

图1是本发明激光放大器冷却***的一种实施例结构示意图；

图2是本发明微通道热沉的一种实施例结构示意图；

图3是本发明导流空腔内流体的一种流动状态示意图；

图4是本发明流体匀化模块的一种流动状态示意图；

图5是本发明阵列孔板的一种实施例结构示意图；

图6是本发明流体耦合模块的一种流动状态示意图；

图中：1、流体储存箱，2、智能泵，3、稳压罐，4、截止阀Ⅰ，5、过滤器，6、压力探测器Ⅰ，7、流体匀化模块，8、微通道热沉，9、流体耦合模块，10、激光晶体介质，11、泵浦匀化耦合装置，12、流量计，13、制冷机，14、温度探测器，15、控制模块，701、橡胶软管Ⅱ，702、阔口段，703、拓展段，704、出口Ⅱ，802、盖板，803、通孔，804、出口Ⅰ，901、橡胶软管Ⅲ，902、缩口段，903、夹持段。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种激光放大器冷却***。

本实施例的激光放大器冷却***包括流体储存箱1、微通道热沉8、激光晶体介质10、铟层、泵浦匀化耦合装置11以及制冷机13。

参考图1，泵浦匀化耦合装置11与激光晶体介质10相对设置。

应用中，泵浦匀化耦合装置11将峰值功率为56KW的泵浦光耦合到激光晶体介质10表面，泵浦光的光斑面积为30*30mm，激光晶体介质的尺寸为40*40mm，激光晶体介质10产生大量的热能。

参考图1，激光晶体介质10抵连铟层，铟层设于微通道热沉底部。

应用中，激光晶体介质10通过热传导方式将热能传递给微通道热沉8的底部及肋片。

参控图2，微通道热沉8内等距设有多个紫铜制成的矩形的导流空腔。参考图3，各导流空腔顶部中间开设有入口Ⅰ，各导流空腔两端分别开设有出口Ⅰ804。

其中，流体储存箱1输出端连接导流空腔的入口Ⅰ，导流空腔的出口Ⅰ804连接制冷机13，制冷机13为压缩制冷机，制冷机13输出端连接流体储存箱1输入端，形成闭环***。

应用中，流体通过入口Ⅰ进入导流空腔，并分成两路，分别从两端地出口Ⅰ804流出微通道热沉8，所述过程中流体通过热传导方式带走微通道热沉底部及肋片中的热量，升温后的流体从出口Ⅰ804流出后进入制冷机13，流体通过制冷机13使温度降至预设值后，返回流体储存箱1，不仅使得流体能够循环使用，还保证***能够正常稳定地作业。

参考图2，微通道热沉8顶部设有盖板802，应用中，盖板与微通道热沉之间采用粘结剂紧密粘合，避免流体外溢。此外，盖板802上开设有与入口Ⅰ匹配的通孔803，应用中，通孔803与入口Ⅰ贯通。

本发明通过设置具有多个导流空腔的微通道热沉，各导流空腔中流体参数相同，且各导流空腔中流体在微通道热沉中流动时互不影响，避免微通道热沉中流体温度差异大的显现发生，能够将激光晶体介质的热量向四周扩散至整个主体，使得热传导效果均衡、有效。

本发明通过设置制冷机给升温后的流体降温供循环使用，形成封闭式***，受外界环境影响小，不仅便于安装管理，还节约了资源。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的激光放大器冷却***包括流体匀化模块和两个流体耦合模块。

本实施例的流体匀化模块7包括橡胶软管Ⅱ701、阔口段702和拓展段703。

参考图4，橡胶软管Ⅱ701一端连接流体储存箱1输出端，即流体从橡胶软管Ⅱ701进入流体匀化模块7；橡胶软管Ⅱ701另一端连接阔口段702，应用中，阔口段702的流道突然变宽，流体变成紊流；阔口段702通过粘接的方式紧密贴合拓展段703，避免流体外溢；拓展段703上开设有多个出口Ⅱ704，能够将流体均分成多束，形成射流阵列，且各射流阵列具有相同的参数，以提高均温能力。

应用中，出口Ⅱ704的尺寸略小于入口Ⅰ的尺寸，且出口Ⅱ的数量和数量与入口Ⅰ的数量和位置一一对应，各出口Ⅱ704压接对应的入口Ⅰ，避免流体溢出。

其中，阔口段702内设有铜制成的阵列孔板，参考图5，各阵列孔板与出口Ⅱ704相对设置。

此外，阵列孔板包括多个相对设置的阵列孔板，阵列孔板上的圆孔可以匀化流体，增强流体的一致性和方向性，使得每个圆孔的流体流量相同，以达到匀温效果。

应用中，各阵列孔板的圆孔孔经不同，不仅能够将流体在阔口段702均匀化和扩散化，还能够使流体从小尺寸出口过渡到大尺寸出口Ⅱ704。其中，圆孔孔经小于等于16mm；出口Ⅱ704为50*50mm的方形。

本实施例的微通道热沉两侧分别设有流体耦合模块9。

本实施例的各流体耦合模块9包括橡胶软管Ⅲ901、铜制成的缩口段902和铜制成的夹持段903。其中，橡胶软管Ⅲ901的直径为11mm，夹持段903的长度为15mm。

参考图6，夹持段903一端贯通连接出口Ⅱ704，夹持段903另一端连接缩口段902，缩口段902连接橡胶软管Ⅲ901，橡胶软管Ⅲ901连接制冷机13。

应用中，导流空腔两端的出口Ⅰ804与对应流体耦合模块9的夹持段903通过套接的方式贯通连接；两个流体耦合模块9的橡胶软管Ⅲ901通过三通接头与制冷机13贯通连接。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本实施例的激光放大器冷却***包括压力探测器Ⅰ6、压力探测器Ⅱ、流量计12、智能泵2、温度探测器14以及控制模块15。

参考图1，温度探测器14输入端设于激光晶体介质10一侧，以检测激光晶体介质10的温度；压力探测器Ⅰ6设于微通道热沉8输入端，以检测微通道热沉8输入端管路中的流体压力；压力探测器Ⅱ设于微通道热沉输出端，以检测微通道热沉8输出端管路中的流体压力；流量计12设于制冷机13输入端，以检测制冷机13输入端管路中的流体流量。

应用中，压力探测器Ⅰ6、压力探测器Ⅱ、流量计12以及温度探测器14的输出端均连接控制模块15，控制模块15根据激光晶体介质10的温度、管路中的流体压力和流体流量控制智能泵2的电流，以调控智能泵2对流体储存箱1中流体的泵送能力，使激光晶体介质10的温度、管路中的流体压力和流体流量始终保持在预设的范围内。

实施例4

在实施例1-3的基础上，本实施例的激光放大器冷却***包括稳压罐3、过滤器5、截止阀Ⅰ4和截止阀Ⅱ。

本实施例的激光放大器冷却***包括稳压罐3、过滤器5、截止阀Ⅰ4和截止阀Ⅱ。

参考图1，稳压罐3、截止阀Ⅰ4和过滤器5顺次设于智能泵2和压力探测器Ⅰ之间。

应用中，流体储存箱1中的流体通过智能泵2泵出后，进入稳压罐3形成具有稳定压力的流体，使得流体流动顺畅，截止阀4使流体只能单向流动，防止流体回流造成管路内压力异常，流体经过滤器5时，过滤器5滤除流体中的杂质，确保流体不会导致***发生堵塞。

参考图1，截止阀Ⅱ设于制冷机13和流体储存箱1之间，使降温后的流体进入流体储存箱1，供下一次循环使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光放大器冷却***，其特征在于，包括流体储存箱(1)、微通道热沉（8）、激光晶体介质(10)、铟层、泵浦匀化耦合装置(11)以及制冷机(13)；

所述泵浦匀化耦合装置(11)与激光晶体介质(10)相对设置，激光晶体介质(10)抵连铟层，铟层设于微通道热沉底部；

所述微通道热沉（8）内等距开设多个导流空腔，各导流空腔顶部中间开设有入口Ⅰ，各导流空腔两端分别开设有出口Ⅰ（804）；

所述流体储存箱（1）输出端连接导流空腔的入口Ⅰ，导流空腔的出口Ⅰ（804）连接制冷机(13)，制冷机(13)输出端连接流体储存箱(1)输入端。

2.根据权利要求1所述的激光放大器冷却***，其特征在于，所述微通道热沉（8）顶部设有盖板（802），盖板（802）上开设有与入口Ⅰ匹配的通孔（803）。

3.根据权利要求1所述的激光放大器冷却***，其特征在于，所述导流空腔设置为矩形。

4.根据权利要求1所述的激光放大器冷却***，其特征在于，包括流体匀化模块(7)；

所述流体匀化模块(7)包括橡胶软管Ⅱ（701）和拓展段（703）；

所述橡胶软管Ⅱ（（701）一端连接流体储存箱（1）输出端，橡胶软管Ⅱ（701）另一端设有拓展段（703），拓展段（703）上开设有多个出口Ⅱ（704），各出口Ⅱ（704）与入口Ⅰ压接。

5. 根据权利要求4所述的激光放大器冷却***，其特征在于， 所述橡胶软管Ⅱ（701）和拓展段（703）之间设有阔口段（702），阔口段（702）内设有阵列孔板，各阵列孔板与出口Ⅱ（704）相对设置。

6.根据权利要求5所述的激光放大器冷却***，其特征在于，所述阵列孔板包括多个相对设置的阵列孔板；

各阵列孔板的圆孔孔经不同。

7.根据权利要求1所述的激光放大器冷却***，其特征在于，包括两个相对设置的流体耦合模块(9)；

各流体耦合模块(9)包括橡胶软管Ⅲ（901）、缩口段（902）和夹持段（903）；

所述夹持段（903）一端贯通连接出口Ⅱ（704），夹持段（903）另一端连接缩口段（902），缩口段（902）连接橡胶软管Ⅲ（901），橡胶软管Ⅲ（901）连接制冷机(13)。

8.根据权利要求1所述的激光放大器冷却***，其特征在于，包括智能泵(2)、温度探测器(14)以及控制模块(15)；

所述温度探测器(14)输入端设于激光晶体介质(10)一侧，温度探测器(14)输出端连接控制模块(15)，控制模块(15)输出端连接智能泵(2)，智能泵(2)连接流体储存箱(1)。

9.根据权利要求8所述的激光放大器冷却***，其特征在于，包括压力探测器Ⅰ(6)、压力探测器Ⅱ和流量计(12)；

所述压力探测器Ⅰ(6)设于微通道热沉（8）输入端；

所述压力探测器Ⅱ设于微通道热沉输出端；

所述流量计(12)设于制冷机(13)输入端；

所述压力探测器Ⅰ(6)、压力探测器Ⅱ和流量计(12)的输出端均连接控制模块(15)。

10.根据权利要求9所述的激光放大器冷却***，其特征在于，包括稳压罐(3)、过滤器(5)、截止阀Ⅰ(4)和截止阀Ⅱ；

所述稳压罐(3)、截止阀Ⅰ(4)和过滤器(5)顺次设于智能泵(2)和压力探测器Ⅰ之间；

所述截止阀Ⅱ设于制冷机(13)和流体储存箱(1)之间。

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