高功率半导体激光器冷却系统的改进

1.引  言 

高功率半导体激光器 ( H P L D)的应用 日趋广泛。在工业加工领域，高功率半导体激光器一方面可以作为固体激光器的泵浦光源，另一方面也可以直接应用于材料加工。在一些应用中，半导体激光器作为系统的一部分需要安装在移动平台或者机械臂上 ，这就要求激光器的体积和重量尽可能减小。半导体激光器在军事方面也有很多应用，如激光雷达、目标照明、目标指示以及车载和机载高能激光武器等。在很多应用 中，半导体激光器并不需要连续性工作，这时可以根据激光器工作的时间和强度。适当降低冷却系统的冗余度，减少体积和重量。在高功率半导体激光器中。激光二极管b a r 条需要安装 在可叠 加 的微 通道型 或冲击 型热 交换器( H E X)上，通过冷却水散热。H P L D 3 2 作时会产生大量废热．HE X中的冷却水必须以很高的速度流动才能保证足够高的散热系数。供给H P L D 的冷却水通常要达到每秒几升到几十升的流量。要达到这样高的流速 ，冷却系统需要使用大型水泵、大型热交换器、大口径的管路以及大量的冷却水． 这些都会加大激光器系统的体积和重量。蒸发冷却( 2 相) 的方法可以减少冷却水流量， 但蒸发冷却方式与标准的商用高功率半导体激光器的热交换器并不兼容。  

本文介绍了一种新型的冷却水循环回路，可以使供给HP L D的冷却水流量缩减到原来的2 0 ％，但仍能够使激光二极管b a r 条的H E X保持原有的散热效率，从而减小了激光器系统的体积和重量。  

2.传统高功率半导体激光器冷却系统的缺点 

H P L D I作时激光二极管b a r 条会产生大量废热，  这些废热必须以很高的热通量 ( 3 0 0 ～ 1   0 0 0   W／ e r a   ) 去除才能保证H P L D 安全运行。H P L D的散热必须采用有源的微通道型或冲击冷却型H E X。H E X中冷却水的流速约为2 ～ 3   ， 如此高的流速导致每个b a r 条冷却水的消耗量高达7 x 1 0  m 3 ／ s ， 压力差在1 4 0 ～ 2 0 0   k P a 之间。  但实际上H E X中冷却水的利用率是很低的，在热交换中冷却水的温度只上升2   3℃。低能量携带能力也导致了冷却器中H E X的庞大。  

点此下载全文内容：高功率半导体激光器冷却系统的改进.PDF