[发明专利]一种高速气体携带制冷剂冷却微通道半导体激光器的方法及装置

说明书

本发明提供一种高速气体携带制冷剂冷却微通道半导体激光器的方法及装置。该方法使液体制冷剂输入所述微通道；特别地，使高速气流作用于液体制冷剂，从而对微通道封装结构的半导体激光器进行气液高速混合散热。优选在液体制冷剂输入所述微通道之前，将高速气流与液体制冷剂混合，然后液体制冷剂随高速气流一起输入微通道。本发明通过高速的气体携带去离子水对微通道封装结构的半导体激光器件进行有效散热，结合了气体的高流速和去离子水的高导热系数两个优点，可以明显降低激光芯片的结温，实现半导体激光器更高的峰值输出功率。

技术领域

本发明涉及一种微通道半导体激光器的制冷方法及装置。

背景技术

高功率半导体激光器(LD)及其阵列是工业、医疗和基础研究等领域的理想激光源，应用广泛。半导体激光器向高平均功率发展存在的一个最大问题是散热，随着注入电流的增加，产生的热功耗随之增加，由热功耗而引起有源区的温度升高会影响激光器性能参数，严重时会使激光器彻底毁坏，如何有效导出因耗散功率所转化的热量，解决冷却散热问题成为研制高功率半导体激光器必须攻克的关键技术之一。目前，高性能半导体激光器的电光效率为大约50％，其余能量基本转化成为热能。因此，获得一定能量的激光必然伴随产生1倍左右的热能，另外，高功率半导体激光器中热量产生的一个特点是非常集中，在单位面积或者体积之内，产生极高热流密度的热量(目前典型值1×10⁷W/m²)，这样的热量和热流密度都是很惊人的，只有采用高效、低热阻的热沉/冷却器(用于激光器热源和冷却流体之间换热的散热器)，才能将集中的热量从发热部分中导出且只引起温度的合理升高。

微通道冷却热沉通过液体流过微通道时的强制对流将热量快速带走，具有很强的散热能力，是目前高功率半导体激光阵列芯片的主要散热方式，相应的制冷系统/装置也有很多，但主要是针对微通道内壁结构和整体组装结构进行各种改型设计，这可能对制造工艺有较高的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种有别于现有技术的微通道半导体激光器的制冷方法及装置，提高微通道半导体激光器的制冷效果，进而提高微通道半导体激光器的输出光功率。

为了实现以上目的，本发明提出以下解决方案：

一种高速气体携带制冷剂冷却微通道半导体激光器的方法，其特殊之处在于，包括：

使液体制冷剂输入所述微通道；

使高速气流作用于液体制冷剂，从而对微通道封装结构的半导体激光器进行气液高速混合散热。

优选地，所述使高速气流作用于液体制冷剂，是在液体制冷剂输入所述微通道之前，将高速气流与液体制冷剂混合；然后液体制冷剂随高速气流一起输入微通道。也可以考虑直接一起输入微通道。

可选地，所述液体制冷剂为去离子水、无水乙醇或导热硅油。

可选地，所述高速气流取自空气或氮气。

可选地，对于单个巴条的微通道热沉，在高速气流作用于液体制冷剂之前，所述液体制冷剂的流量为0.1-0.4L/min，所述高速气流的流量为50-70L/min。

进一步优选地，对于单个巴条的微通道热沉，所述液体制冷剂的流量为0.2L/min，所述高速气流的流量为60L/min。

可选地，对于单个巴条的微通道热沉，所述微通道热沉的入口管路和出口管路均为直径φ10mm的水管。

可选地，在高速气流作用于液体制冷剂之前，还对高速气流的气源进行预冷处理。