一种用于冷却介质以及半导体激光器的制冷系统的制作方法

本实用新型涉及半导体激光器领域，尤其涉及一种新型的用于冷却介质以及半导体激光器的制冷系统。

背景技术：

半导体激光器常用的冷却方式有风冷和水冷两种。风冷装置简单，体积小，但是散热效率不高，常用于百瓦级以下的激光系统制冷。水冷方式多用于需要大功率散热的场合，其散热效率高，但是往往需要引入压缩机、半导体制冷片等制冷装置，同时为了确保水路的循环，还需引入水泵、水箱等辅助装置，造成整体系统庞大，很难适用于要求体积小、重量轻、电力供应紧张的场合。

对于紧凑型脉冲高能量半导体激光发射系统来说，其发射特点兼具间歇性与大能量，即需要在短时发射期间有大电流输出以及间歇高性能散热能力，同时要确保整体系统体积和重量小，以上两种方式均无法满足实际应用的需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于期望提供一种新型的用于冷却介质以及半导体激光器的制冷系统，巧妙地利用压缩气体的相变潜热，也即膨胀吸热及做功的特点，使压缩气体的膨胀过程发生在冷却介质中，从而使得冷却介质冷却，进一步为半导体激光器散热。这样，不但省去了额外的电力输入制冷过程，还有效地提高了制冷效率，节省了能源，并且结构紧凑、重量轻、体积小，具有较高的可靠性。

本实用新型的技术方案如下所示：

本实用新型实施例还提供一种用于冷却介质的制冷系统，所述冷却介质用于为半导体激光器制冷，所述系统包括：制冷物质、冷却介质、储液装置、以及储气装置；其中，所述储液装置，用于储存冷却介质；所述储气装置，用于储存制冷物质，并将所述制冷物质导入所述储液装置；所述制冷物质，用于利用自身的相变潜热，在所述储液装置中将所述冷却介质进行冷却。

上述方案中，所述储液装置包括第一储液装置，所述第一储液装置上设置有第一排气口，所述储气装置通过第一阀门与所述第一储液装置连通。

上述方案中，所述储气装置，具体用于在所述储气装置与所述第一储液装置之间处于连通状态时，将所述制冷物质经所述第一阀门连续导入所述第一储液装置。

上述方案中，所述制冷物质，具体用于在所述第一储液装置上的第一排气口为打开状态，并在其自身被导入所述第一储液装置后，通过在第一储液装置中吸热膨胀，将所述第一储液装置中的冷却介质连续冷却。

上述方案中，所述制冷物质包括：压缩气体、或液态气体。

本实用新型实施例还提供一种用于半导体激光器的制冷系统，所述系统包括上述用于冷却介质的制冷系统、以及半导体激光器；其中，所述用于冷却介质的制冷系统中的制冷物质，还用于通过利用自身的相变潜热，将冷却后的冷却介质输送至所述半导体激光器；所述半导体激光器，用于将吸热后的冷却介质输出。

上述方案中，所述储液装置还包括第二储液装置，所述第二储液装置上设置有第二排气口，所述储气装置通过第一阀门与所述第二储液装置连通；所述半导体激光器具有冷却介质输入端和冷却介质输出端；所述第一储液装置和第二储液装置分别通过第二阀门与所述半导体激光器连通。

上述方案中，所述制冷物质，具体用于在所述第一储液装置上的第一排气口为关闭状态，且所述第一储液装置与所述半导体激光器处于连通状态时，在所述第一储液装置中吸热膨胀，将所述第一储液装置中冷却后的冷却介质经所述第二阀门输送至所述半导体激光器的冷却介质输入端。

上述方案中，所述半导体激光器，具体用于在所述第二储液装置上的第二排气口为打开状态，且所述半导体激光器与所述第二储液装置处于连通状态时，将吸热后的冷却介质由所述半导体激光器的冷却介质输出端，经所述第二阀门输出至所述第二储液装置。

基于本实用新型提供的新型用于冷却介质以及半导体激光器的制冷系统，通过利用压缩气体或液态气体的相变潜热的方式(以压缩气体为例，液化的压缩气体吸热气化)来吸收半导体激光器工作时产生的热量，巧妙地代替了现有的制冷装置及水泵，具有较高的制冷效率；并且，整个系统除了切换阀门时所需的微量电力外，不再需要额外的电力来进行制冷过程，大大节省了能源，结构紧凑、重量轻、体积小、可靠性高，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型用于冷却介质的制冷系统组成结构示意图；

图2为本实用新型用于半导体激光器的制冷系统组成结构示意图一；

图3为本实用新型用于半导体激光器的制冷系统组成结构示意图二；

图4为本实用新型用于冷却介质的制冷系统的另一组成结构示意图；

图5为本实用新型用于半导体激光器的制冷系统的另一组成结构示意图。

附图标号说明：1为半导体激光器，2为储气装置，3为第一储液装置，4 为第二储液装置，5为第三阀门，6为第一阀门，7为第二阀门，8为第二排气口，9为第一排气口，10为光纤，11为发射头，12为管道。

具体实施方式

本实用新型实施例中，所述储液装置包括第一储液装置3和第二储液装置4，所述半导体激光器1具有冷却介质输入端和输出端；所述第一储液装置 3和第二储液装置4上分别设置有第一排气口9和第二排气口8，所述第一排气口9和第二排气口8通过第三阀门5控制。所述储气装置2通过第一阀门6 分别与所述第一储液装置3和第二储液装置4连通，所述第一储液装置3和第二储液装置4通过第二阀门7分别与所述半导体激光器1的冷却介质输入端和输出端连通。

本实用新型实施例所述的制冷物质包括但不限于：压缩气体、液态气体等，例如空气、氮气、二氧化碳等；以下实施例以制冷物质为压缩气体(液氮)为例进行说明。

本实用新型实施例所述的所述冷却介质可以包括但不限于：去离子水、乙二醇等。

本实用新型的原理是：利用压缩气体相变潜热的特点，将压缩气体由储气装置2导入第一储液装置3，压缩气体在第一储液装置3中吸热膨胀，由液态转化为气态，吸热的过程也就是连续冷却第一储液装置中冷却介质的过程，膨胀的过程也即做功的过程，做功使得第一储液装置3中冷却后的冷却介质被挤压，进而被输送至半导体激光器1进行制冷，在半导体激光器1内吸热后的冷却介质输出至第二储液装置4。

以下通过附图及具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细说明。

本实用新型实施例还提供一种用于冷却介质的制冷系统，图1为本实用新型用于冷却介质的制冷系统组成结构示意图，所述冷却介质用于为半导体激光器制冷，所述系统包括：制冷物质、冷却介质、储液装置、以及储气装置；其中，

所述储液装置，用于储存冷却介质。

具体的，预先将冷却介质注入储液装置，所述储液装置包括第一储液装置3，所述第一储液装置3上设置有第一排气口9，所述储气装置2通过第一阀门6与所述第一储液装置3连通。

所述储气装置，用于储存制冷物质，并将所述制冷物质导入所述储液装置。

具体的，预先将制冷物质注入储气装置2，所述储气装置2，具体用于在所述储气装置2与所述第一储液装置3之间处于连通状态时，将所述制冷物质经所述第一阀门6导入所述第一储液装置3。

具体的，通过调节所述第一阀门6的开关，连通所述储气装置2与第一储液装置3，所述储气装置2中的液氮沿管道经所述第一阀门6连续导入所述第一储液装置3。

所述制冷物质，用于利用自身的相变潜热，在所述储液装置中将所述冷却介质进行冷却。

上述方案中，所述制冷物质，具体用于在所述第一储液装置3上的第一排气口9为打开状态，并在其自身被导入所述第一储液装置3后，通过在第一储液装置3中吸热膨胀，将所述第一储液装置3中的冷却介质连续冷却。

具体的，将所述第一储液装置3上的第一排气口9设置为打开状态，所述液氮在导入所述第一储液装置3后，在所述第一储液装置3中吸热膨胀，使得所述第一储液装置3中的冷却介质连续冷却，膨胀后的制冷物质经所述第一排气口9排出。

本实用新型实施例中，通过上述过程实现了对冷却介质的一系列连续制冷过程。

本实用新型实施例还提供一种用于半导体激光器的制冷系统，图2为本实用新型用于半导体激光器的制冷系统组成结构示意图一，图3为本实用新型用于半导体激光器的制冷系统组成结构示意图二。如图2、3所示，所述系统包括：上述所示的用于冷却介质的制冷系统(该系统的具体内容见上述图1 实施例所示技术方案，此处不再赘述)、以及半导体激光器1；其中，

所述用于冷却介质的制冷系统中的制冷物质，还用于通过利用自身的相变潜热，将冷却后的冷却介质输送至所述半导体激光器；

所述制冷物质，具体用于在所述第一储液装置3上的第一排气口9为关闭状态，且所述第一储液装置3与所述半导体激光器1处于连通状态时，在所述第一储液装置3中吸热膨胀，将所述第一储液装置3中冷却后的冷却介质经所述第二阀门7输送至所述半导体激光器1的冷却介质输入端。

具体的，通过调节所述第二阀门7的开关，连通所述第一储液装置3与所述半导体激光器1。由于所述第一排气口9处于关闭状态，因此所述制冷物质的膨胀过程使得所述第一储液装置3中的压强增大，进而挤压所述冷却介质，所述冷却介质被挤压，沿管道经所述第二阀门7被输送至所述半导体激光器1的冷却介质输入端。

所述半导体激光器，用于将吸热后的冷却介质输出。

通过调节所述第二阀门7的开关，连通所述半导体激光器1与所述第二储液装置4，并将所述第二储液装置4上的第二排气口8设置为打开状态；也就是说，所述半导体激光器1与所述第二储液装置4之间的第二阀门7处于打开状态，所述第二排气口8处于打开状态，以保证吸热后的冷却介质能够顺利输出至所述第二储液装置4。

具体的，所述半导体激光器1，用于在所述第二储液装置4上的第二排气口8为打开状态，且所述半导体激光器1与所述第二储液装置4处于连通状态时，将吸热后的冷却介质由所述半导体激光器的冷却介质输出端，经所述第二阀门7输出至所述第二储液装置4。

所述第二储液装置4，具体用于在所述半导体激光器1与所述第二储液装置4之间的第二阀门7打开，并且所述第二排气口8处于打开状态时，将由所述半导体激光器1的冷却介质输出端输出的冷却介质储存在其内部，以准备下一个循环的制冷过程。

需说明的是，输送至所述第二储液装置4中的冷却介质可继续循环使用，准备进行下一个循环的冷却过程。在下一个循环过程中，第二储液装置4中冷却介质的制冷过程(图4所示)、以及制冷后的冷却介质为半导体激光器1 制冷的过程(图5所示)与上述第一储液装置3中冷却介质的制冷过程(图1 所示)、以及制冷后的冷却介质为半导体激光器1制冷(图2所示)的实现过程类似，只需将相应的阀门进行换位即可，此处不再赘述。

本实用新型实施例中，整个冷却系统排出的气体(氮气)再经过控制电路部分，进一步对控制电路部分散热。压缩气体为消耗性原料，每经过一定次数的发射之后，可以重新充灌，也可以采用更换储气装置的方式来保持整个系统的长时间工作。

本实用新型所述的用于冷却介质及半导体激光器的制冷系统能够保证半导体激光器始终处于较低温度的环境中，从而保证在间歇工作中的高效率。

需说明的是，本实用新型中的第一排气口9和第二排气口8可以通过一个两位三通电磁阀门5(第三阀门)实现，所述储气装置2与所述第一储液装置3、或第二储液装置4之间的阀门6(第一阀门)可以通过一个两位三通电磁阀门实现，所述半导体激光器1与所述第一储液装置3、或第二储液装置4 之间的阀门7(第二阀门)可以通过一个三位四通电磁阀门实现。本实用新型中的第一储液装置3、第二储液装置4、第一排气口9、第二排气口8仅用于区分说明，并不构成对本实用新型的限制。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。