[发明专利]用于激光器的冷却组件及冷却方法

说明书

本发明提出了一种用于激光器的冷却组件及冷却方法，冷却组件包括依次层叠设置的：盖板、射流层和微通道层，其中，盖板设有进口和出口，射流层由进口流入的散热介质经射流层时分支为多股，并呈射流状喷向微通道层，微通道层具有多条散热通道，每条散热通道用于接收喷出的至少部分散热介质，散热介质经散热通道从出口流出。根据本发明的用于激光器的冷却组件，采用射流冲击和微通道相结合的方式进行高功率器件散热，特别适用于高功率激光器板条散热，可以提高板条的换热系数、均匀板条表面温度。此外，本发明的用于激光器的冷却组件所需的冷却工质较少，还可以减轻激光器冷却系统的重量和体积。

技术领域

本发明涉及冷却以及控温技术领域，尤其涉及一种用于激光器的冷却组件及冷却方法。

背景技术

近年来，随着激光介质材料、加工、激光二极管泵浦源、激光器设计和波前校正等技术的进步与发展，固体激光器的平均输出功率得到了很大的提高，连续波输出的激光已达百千瓦级，随之而来的问题是激光介质在受激辐射过程中产生越来越多的废热，需要从其表面散出，这就对激光器热管理提出了更高的要求，从而实现激光器的有效热管理，以达到高功率、高光束质量和可靠性高的精益目标。

目前，激光器冷却技术主要集中在两个方面：一是高热流密度冷却，二是冷却结构小型化，即在满足激光器散热需求、保证系统稳定的前提下，冷却系统尽量体积小、重量轻。激光器散热与目前迅猛发展的电子元件散热相比，相似之处在于热流密度都是越来越高，不同之处在于激光介质相对更脆弱，对环境、光学元件的平整度要求比较高。

传统的冷却方式已经不能满足实际的散热需求，高效固体激光冷却技术发展可以结合本身光学特性，借鉴电子元件散热机理，提出更多高效、紧凑的创新型冷却方式。目前，多种高效冷却散热技术被应用在各个领域，其中微通道冷却技术和射流冲击冷却技术备受关注。

微通道冷却技术中热沉在整体上具有较大的换热系数，这主要得益于它换热面积较大，比表面积较高、紧凑的结构，但是存在流动方向加热表面温升及通道压降较大的缺点。

射流冲击冷却方式中冷却介质在固体表面具有较高的压力梯度和冲击速度，这种特性让换热表面温度边界层变薄，也使得温度梯度增大，从而使得其换热得到有效的强化，而且射流冲击冷却方式的射流平均速度对传热系数在轴向和径向的分布有着较大的影响，因此，可以通过改变改变射流平均速度的方式有效的调节换热能力以适应热流边界分布复杂的情况。特别是对于局部高热流密度的电子元器件，能够有效消除局部热点，获得更好的温度稳定性。

单孔射流的优点是直接冲击到换热表面，驻点区的换热系数很高，但是存在离开驻点区的换热系数会急剧降低从而造成表面温度的变化的缺点，可以通过多孔排布来创建多个紧密间隔的驻点区，从而均匀冲击表面的温度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何提高冷却组件的散热效率，本发明提出一种用于激光器的冷却组件及冷却方法。

根据本发明实施例的用于激光器的冷却组件，包括依次层叠设置的：

盖板，设有进口和出口；

射流层，由进口流入的散热介质经射流层时分支为多股，并呈射流状喷向微通道层；

微通道层，微通道层具有多条散热通道，每条散热通道用于接收喷出的至少部分散热介质，散热介质经散热通道从出口流出。

根据本发明实施例的用于激光器的冷却组件，采用射流冲击和微通道相结合的方式进行高功率器件散热，特别适用于高功率激光器板条散热，可以提高板条的换热系数、均匀板条表面温度。此外，本发明实施例的用于激光器的冷却组件所需的冷却工质较少，还可以减轻激光器冷却系统的重量和体积。

根据本发明的一些实施例，射流层设有射流腔和与射流腔连通的多个射流孔；

由进口流入的散热介质进入射流腔后，经多个射流孔形成多股射流喷出。