一种液体制冷型半导体激光器的密封结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了一种液体制冷型半导体激光器的密封结构，包括液体制冷器上的入液孔，出液孔以及分别与入液孔、出液孔匹配的密封圈，入液孔和出液孔均设有具有一定高度的内挡环和外挡环，密封圈具有扁环形的基体且在扁环形的基体的上侧面和下侧面均开有凹槽。该密封结构改善了半导体激光器液体制冷器中制冷液体的密封效果，提高了液体制冷型半导体激光器的可靠性，在实际的使用中大大延长了半导体激光器的寿命。
【专利说明】一种液体制冷型半导体激光器的密封结构
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于半导体激光器领域，具体涉及一种液体制冷型半导体激光器的密 封结构。
【背景技术】
[0002] 随着半导体激光器性能和效率的不断提高，各个领域对于半导体激光器的需求也 不断增加，并且对半导体激光器的功率有了更大的需求。高功率的半导体激光器的性能不 但与芯片有关，更是与半导体激光器的封装和散热结构有关。液体制冷型半导体激光器采 用主动冷却的方式，大大的增大了激光器的散热效率，实现了半导体激光器的大功率输出。
[0003] 但是液体制冷型半导体激光器的制冷装置采用液体制冷方式，这就涉及到对液体 的密封，传统的密封结构中常采用〇型密封圈，这种密封圈密封面积有限，因此密封性能不 足，并且这种密封圈在使用过程中会产生位移和松动，导致长期使用过程中半导体激光器 频繁出现密封圈失效现象，造成半导体激光器出现渗水、内部积水、生锈等问题，严重影响 产品的可靠性和寿命。此外，在负压环境下(外界压力大于产品内部压力)和高流速环境下， 由于0型密封圈抗弯曲能力不强，导致产品急速泄漏，密封性能降低。
[0004] 中国专利（Z1201220280847. 6)提出了一种用于液体制冷型半导体激光器的Η型 密封圈，虽然在密封性能上比0型密封圈有所改善，但是在使用过程中仍会产生位移，抗弯 曲能力有待提高，密封效果上仍有待改进。
[0005] 因此需要设计一种密封性能更好的密封结构，来进一步提高高功率液体制冷型半 导体激光器的可靠性。 实用新型内容
[0006] 为了克服现有技术的不足，本实用新型设计了一种液体制冷型半导体激光器的 密封结构，改善了半导体激光器液体制冷器中制冷液体的密封效果，提高了液体制冷型半 导体激光器的可靠性，在实际的使用中大大延长了半导体激光器的寿命。具体的技术方案 为：
[0007] -种液体制冷型半导体激光器的密封结构，其液体制冷型半导体激光器包括发光 芯片和液体制冷器，发光芯片焊接在液体制冷器的一端；所述的液体制冷器开有入液孔和 出液孔，入液孔位于液体制冷器上靠近发光芯片的一端，出液孔位于液体制冷器上远离发 光芯片的一端，在使用的过程中液体从入液孔流进从出液孔流出对半导体激光器进行制 冷。
[0008] 所述的密封结构包括液体制冷器上的入液孔，出液孔以及分别与入液孔、出液孔 匹配的密封圈；所述的入液孔开有柱形凹槽，且设有内挡环和外挡环，内挡环与密封圈内径 相匹配，外挡环与密封圈外径相匹配；所述的出液孔开有柱形凹槽，且设有内挡环和外挡 环，内挡环与密封圈内径相匹配，外挡环与密封圈外径相匹配，所述的密封圈分别设置在入 液孔的内挡环和外挡环之间以及出液孔的内挡环和外挡环之间，内挡环和外挡环有一定的 高度可以固定密封圈从而可以减少长期使用中密封圈产生位移的几率，影响密封效果。
[0009] 所述的密封圈具有扁环形的基体(为与0型密封圈区别，本实用新型中的密封圈 为扁形密封圈)，且在扁环形的基体的上侧面和下侧面均开有凹槽；上述扁环形基体的截 面为上下对边开有凹槽的圆角矩形，在挤压密封圈时，凹槽内的空气会被挤出，形成局部真 空，可以在负压环境下仍然保持良好的密封性；所述的密封圈扁环形基体的截面应满足：
[0010] 1) a ^ b ；
[0011] 2) 1. 2 S!彡 S 彡 1. 3 Si ;
[0012] 其中，a为密封圈扁环形的基体上侧面的凹槽的顶点至下侧面凹槽的顶点之间的 距离，b为密封圈扁环形基体的圆角矩形截面直线侧边的高度，S为压缩前的密封圈扁环形 基体的截面面积，Si为压缩后的密封圈扁环形基体的截面面积，Si根据入液孔与出液孔的 尺寸确定。
[0013] 密封圈的压缩量η需满足取值在20%_30%之间，才能满足安全压缩范围，11=(5-S!)/ S *100%。
[0014] 上述密封圈采用固体硅胶材料，也可以为耐水橡胶材料，比如丁腈橡胶NBR，乙丙 橡胶ETOM。
[0015] 本实用新型中的一种液体制冷型半导体激光器的密封结构具有以下优点：
[0016] 1)本实用新型中密封结构中的扁形密封圈的密封面积比0型密封圈密封面积大， 密封性能增强，抗弯截面系数相比0型密封圈大大增加，抵抗形变能力更强，并且密封面由 单面密封变为双面密封，提高了密封效果；
[0017] 2)该密封结构在入液孔和出液孔增加了内外挡环设计，避免了密封圈在使用过程 中产生位移从而提供了密封效果；
[0018] 3)采用了本实用新型中的密封结构的液体制冷型半导体激光器具有更高的可靠 性以及更长的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型中的密封结构的示意图。
[0020] 图2a为本实用新型中的密封圈的剖面图。
[0021] 图2b为本实用新型中的密封圈的截面图。
[0022] 图3为扁环型密封圈受压形变示意。
[0023] 图4为扁环形密封圈的一个优化实施例的截面图。
[0024] 附图标号说明：1为发光芯片，2为外挡环，3为入液孔，4为内挡环，5为扁环型密 封圈，6为出液孔，7为液体制冷器，8为受压变形后的扁形密封圈凹槽形成的局部真空，9为 受压变形后的扁形密封圈截面。
【具体实施方式】
[0025] 如图1所示为一种液体制冷型半导体激光器的密封结构，所述的液体制冷型半导 体激光器包括发光芯片1和液体制冷器7,发光芯片1焊接在液体制冷器7的一端；所述的 液体制冷器7开有入液孔3和出液孔6,入液孔3位于液体制冷器7上靠近发光芯片1的一 端，出液孔6位于液体制冷器7上远离发光芯片1的一端，在使用的过程中液体从入液孔3 流进，从出液孔6流出对半导体激光器进行制冷。
[0026] 所述的密封结构包括液体制冷器上的入液孔3,出液孔6以及分别与入液孔、出液 孔匹配的密封圈5 ;所述的入液孔6开有柱形凹槽，且设有内挡环4和外挡环2,内挡环4与 密封圈5内径相匹配，外挡环2与密封圈5外径相匹配；所述的出液孔6开有柱形凹槽，且 设有内挡环和外挡环，内挡环与密封圈内径相匹配，外挡环与密封圈外径相匹配，所述的密 封圈5分别设置在入液孔3的内挡环4和外挡环2之间以及出液孔的内挡环和外挡环之 间，内挡环和外挡环有一定的高度可以固定密封圈从而可以减少长期使用中密封圈产生位 移的几率，影响密封效果。
[0027] 所述的密封圈5具有扁环形的基体，如图2a所示，在扁环形的基体的上侧面和下 侧面均开有凹槽；上述扁环形基体的截面为上下对边开有凹槽的圆角矩形，图2b为扁形密 封圈的截面图，密封圈扁环形基体的截面应满足 ：
[0028] 1)满足 a 彡 b ;
[0029] 2) 1. 2 S 彡 S 彡 1. 3 S!;
[0030] 其中，a为上侧面的凹槽的顶点至下侧面凹槽的顶点之间的距离，b为密封圈扁环 形基体的圆角矩形截面直线侧边的高度，S为压缩前密封圈扁环形基体的截面面积，Si为压 缩后密封圈扁环形基体的截面面积。
[0031] 图3为扁形密封圈受压形变不意图，在挤压密封圈时，凹槽内的空气会被挤出，形 成局部真空8,可以在负压环境下仍然保持良好的密封性；密封圈的压缩量η需满足取值 在20%_30%之间，才能满足安全压缩范围，η= (S- SJ/ S *100%。
[0032] 上述密封圈采用固体硅胶材料，也可以为耐水橡胶材料，比如丁腈橡胶NBR，乙丙 橡胶ETOM。
[0033] 在实际的工程应用中，对上述的扁形密封圈取a=b作为工程中的实施案例：
[0034] 压缩后的密封圈截面面积Si为根据入液孔与出液孔的尺寸所确定，如图4所示为 a=b时扁形密封圈的一个优化实施例的截面图，计算其压缩前截面面积S为：
[0035]
【权利要求】
1. 一种液体制冷型半导体激光器的密封结构，所述的液体制冷型半导体激光器包括发 光芯片和液体制冷器，发光芯片焊接在液体制冷器的一端；所述的液体制冷器开有入液孔 和出液孔，入液孔位于液体制冷器上靠近发光芯片的一端，出液孔位于液体制冷器上远离 发光芯片的一端，其特征在于：所述的密封结构包括液体制冷器上的入液孔，出液孔以及分 别与入液孔、出液孔匹配的密封圈；所述的入液孔开有柱形凹槽，且设有内挡环和外挡环， 内挡环与密封圈内径相匹配，外挡环与密封圈外径相匹配；所述的出液孔开有柱形凹槽，且 设有内挡环和外挡环，内挡环与密封圈内径相匹配，外挡环与密封圈外径相匹配；所述的密 封圈分别设置在入液孔的内挡环和外挡环之间以及出液孔的内挡环和外挡环之间，密封圈 基体为扁环形，且在扁环形的基体的上侧面和下侧面均开有凹槽；扁环形基体的截面为上 下对边开有凹槽的圆角矩形。
2. 根据权利要求1所述的一种液体制冷型半导体激光器的密封结构，其特征在于：所 述的密封圈扁环形基体的截面应满足： 1. a < b ; 2) 1. 2 Si ^ S ^ 1. 3 Si ； 其中，a为密封圈扁环形的基体上侧面的凹槽的顶点至下侧面凹槽的顶点之间的距离， b为密封圈扁环形基体的圆角矩形截面直线侧边的高度，S为压缩前的密封圈扁环形基体 的截面面积，Si为压缩后的密封圈扁环形基体的截面面积。
3. 根据权利要求1所述的一种液体制冷型半导体激光器的密封结构，其特征在于：所 述的密封圈基体采用固体硅胶材料或者耐水橡胶材料。
【文档编号】H01S5/024GK204045928SQ201420428948
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】于冬杉, 刘兴胜, 宗恒军, 穆建飞 申请人:西安炬光科技有限公司