CN104112981A - 一种用于半导体激光器的冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于半导体激光器的冷却装置，具有水冷底座，该水冷底座具有用于流通冷却水的水路，水路中具有突出于水路中的水坝结构，该水坝结构将水路划分成相连通的第一段、第二段和第三段，其中第一段和第三段分别位于水坝结构的两侧，第二段位于第一段和第三段之间并与水坝结构相对，且该第二段相比于第一段和第三段更接近于水冷底座的一个表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体激光器的冷却装置，尤其涉及一种具有水冷通路的冷却装置。
背景技术
铷的D1线波长795nm波段的单纵模激光是原子光谱、量子存储、EIT等科学实验的基本实验仪器，很多实验需要大功率(>～200mW)的单纵模窄线宽795nm激光。但是商用的795nm半导体激光管输出只有50mW，远不能满足大功率的科研实验需求。
与795nm相近的808nm激光被广泛用于固体激光器泵浦，很容易买到200mW的单横模808nm半导体激光器，以及几W的多横模808nm半导体激光器。由于半导体激光器的出射激光的波长与温度有关，因此可通过调节温度而调节波长。一般而言，平均温度降低5度，波长降低约1nm。因此，为了得到大功率的795nm的半导体激光器，可以对808nm的激光管进行深冷从而调节其波长。这样一来，就可以用很低的成本得到200mW的795nm的半导体激光器。
通常半导体激光器波长温度系数通常为0.2nm/K。为了从808nm半导体激光器获得797nm的输出波长，需要将其冷却到零下30度左右。同时为了稳定激光器输出波长，其温度起伏要小于10mK。
半导体激光器的冷却方式主要有：1）制冷机：压缩制冷机具有高的制冷效率和最大温差，但是压缩机工作时有机械振动，不易小型化，响应时间不够快；2）半导体制冷片：具有体积小，无工作介质和机械振动，响应快的优点。
半导体制冷片在制冷时会产生大量废热，如不及时带走将积累在半导体制冷片热端，会降低了制冷极限温度，废热造成的高温还有可能损坏激光器。半导体制冷片产生的废热通常由风扇或循环水冷却，风扇噪声大不适合精密的光学实验，循环水具有热容大，无振动的优点，因此得到广泛采用。但是循环水冷却系统的水路中容易产生气泡，而气泡的导热性远远低于水，如果气泡聚集在临近半导体制冷片的热端的部分水路中，那么积累在半导体制冷片热端的热量将无法热传递到循环水中，因而严重影响半导体制冷片的制冷，无法实现半导体激光器的制冷。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于半导体激光器的冷却装置，采用循环水系统作为散热装置，能够防止水路中的气泡聚集在半导体制冷片的热端附近。
本发明提供一种用于半导体激光器的冷却装置，具有水冷底座，该水冷底座具有用于流通冷却水的水路，水路中具有突出于水路中的水坝结构，该水坝结构将水路划分成相连通的第一段、第二段和第三段，其中第一段和第三段分别位于水坝结构的两侧，第二段位于第一段和第三段之间并与水坝结构相对，且该第二段相比于第一段和第三段更接近于水冷底座的一个表面。
根据本发明提供的冷却装置，其中所述水坝结构的高度大于或等于水路的第一段和第三段的直径。
根据本发明提供的冷却装置，其中所述水坝结构使第一段、第二段和第三段的水流呈U字形。
根据本发明提供的冷却装置，其中所述水冷底座具有与所述水路相交并相连通的通孔，该通孔的一端延伸到水冷底座的一个表面，另一端延伸到所述水路中，该通孔中塞有塞子，塞子的第一端突出到水路中，在水路中形成所述水坝结构。
根据本发明提供的冷却装置，其中塞子的第二端与水冷底座密封。
根据本发明提供的冷却装置，还包括半导体制冷片，与水冷底座相接触，所述半导体制冷片的热端与水冷底座的距离所述水路的第二段最近的表面相接触。
根据本发明提供的冷却装置，还包括激光器支撑装置，用于承载激光管。
根据本发明提供的冷却装置，还包括密封盒，该密封盒具有盖子和盒体，盒体上具有布儒斯特窗口和插头，密封盒罩住半导体激光器并与水冷底座密封。
根据本发明提供的冷却装置，其中所述密封盒中放置有干燥剂和泡沫。
本发明通过在水冷底座的水路中设置水坝结构，使水坝结构附近的水流呈U字形，防止了气泡的聚集，从而能够防止水路中的气泡聚集导致半导体制冷片的热端的废热无法热传递到水路中的循环水中。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1为根据本发明的实施例的冷却装置的剖面立体示意图；
图2为根据本发明的实施例的冷却装置的水冷底座的剖面图；
图3为根据本发明的实施例的冷却装置的具有塞子的水冷底座的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例提供一种用于半导体激光器的冷却装置，图1示出了该装置的剖面立体示意图，该冷却装置包括：水冷底座301，由金属铝制成，具有顶面和底面，其中顶面用于承载冷却半导体激光器的半导体制冷片201；半导体制冷片201，位于水冷底座301的顶面上，其热端与水冷底座301的顶面相接触；激光器底座302，位于半导体制冷片201的冷端上，用于支撑圆筒状的激光管架303，激光管架303里放置有激光管及准直透镜；塑料密封盒102，具有透明盖子101和盒体104，盒体104下方具有四方形开口，用来放置半导体制冷片201和其上的激光器底座302。
其中水冷底座301的剖面图如图2所示，该水冷底座301具有用于流通冷却水的水路400以及垂直于水路400并与该水路相连通的通孔500，该通孔500的一端延伸到水冷底座301的底面，另一端延伸到上述水路400中，如图3所示，该通孔500中塞有塞子405，该塞子405的第一端通过密封胶406与水冷底座密封，塞子405的第二端突出到水路中，以在水路中形成一道水坝结构404，该水坝结构404将水路划分成相连通的第一段402、第二段401和第三段403，其中第一段402和第三段403分别位于水坝结构404的两侧，第二段401与水坝结构404相对应，且水路的第二段401相比于第一段402和第三段403更接近于水冷底座301的顶面，即与第二段401的长度对应的这部分水冷底座更薄，从而使半导体制冷片热端的废热能够更快地传递到水路中，水坝结构404的顶端与水路的第一段402和第三段403的上沿的高度相等或略高，即水坝结构的高度大于或等于水路的第一段402和第三段403的直径，从而使水坝结构附近的水流呈U字形，水流流向如图3中的箭头所示，水坝结构迫使水流必须流过水坝结构的顶部，从而冲走可能聚集在那里的气泡，因此水坝结构404的设置能够防止气泡聚集在水路的第二段401中，从而防止水路中的气泡聚集在半导体制冷片的热端附近。
其中如图1所示，塑料密封盒102的盖子101和盒体104衔接处有一圈凹槽103，凹槽内有弹性密封条密封，可以隔绝空气流通，盒体的一个侧面上开有圆洞，圆洞中插入由PVC管和玻片制成的布儒斯特窗口105，玻片和PVC管，PVC管和盒体衔接处用密封胶密封，盒体另一侧面上具有穿过该侧面放置的密封航空插头106，用作温控器电缆和电流源电缆，盒体和水冷底座301之间用真空胶垫107密封，并用螺丝压紧，塑料密封盒102内放置有用纱布包裹的干燥剂（图1中未示出），剩余空间用泡沫填充阻止空气对流，透明的盖子便于查看激光器是否结霜和干燥剂是否失效，盖子也很容易打开，便于对激光器进行操作和维修。
本实施例通过在水冷底座的水路中设置水坝结构，使水坝结构附近的水流呈U字形，防止了气泡的聚集，从而能够防止水路中的气泡聚集导致半导体制冷片的热端的废热无法热传递到水路中的循环水中。
另外，本实施例中的水坝结构是通过穿过水冷底座的底面并延伸到突出到水路中的塞子而形成的，这样做的好处是易于加工，无需形成弯曲的水路。但是在其他实施例中，也可以通过其他方式形成水坝结构，例如将水冷底座的水路直接加工成具有水坝结构。
根据本发明的其他实施例，其中水冷底座也可以由其他材料制成，优选为导热性好的金属。
根据本发明的其他实施例，其中本发明中所说的“顶面”、“底面”、“上沿”等方向性词语均为以图1、图2和图3中的方向为基准而描述的，本领域技术人员可以理解的是，在实际应用中，各种部件的放置方向是可变的，只要相对位置关系不变即可。
本发明提供的冷却装置可用于科研用的锁频激光、注入锁定的从激光、外腔稳频式激光器等。
例如，在做铷85原子实验时，要用到铷85的D1线跃迁，D1线的波长为795nm，且激光功率需要比较高，但市场上可获取的激光管都远离该波长，而200mW的808nm激光管可以很容易很廉价的得到。于是，将200mW的808nm激光管降温到零下28度，即可得到200mW的良好模式的795nm激光。
又例如，在做钾39原子实验时，要用到钾39的D2线跃迁，D2线的波长为767nm，同样的激光功率需要比较高，但市场上可获取的激光管都远离该波长，而200mW的780nm激光管可以很容易很廉价的得到。于是将200mW的780nm激光管降温到零下30度，即可得到200mW的良好模式的767nm激光。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种用于半导体激光器的冷却装置，具有水冷底座，该水冷底座具有用于流通冷却水的水路，水路中具有突出于水路中的水坝结构，该水坝结构将水路划分成相连通的第一段、第二段和第三段，其中第一段和第三段分别位于水坝结构的两侧，第二段位于第一段和第三段之间并与水坝结构相对，且该第二段相比于第一段和第三段更接近于水冷底座的一个表面。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中所述水坝结构的高度大于或等于水路的第一段和第三段的直径。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其中所述水坝结构使第一段、第二段和第三段的水流呈U字形。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其中所述水冷底座具有与所述水路相交并相连通的通孔，该通孔的一端延伸到水冷底座的一个表面，另一端延伸到所述水路中，该通孔中塞有塞子，塞子的第一端突出到水路中，在水路中形成所述水坝结构。
5.根据权利要求4所述的冷却装置，其中塞子的第二端与水冷底座密封。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，还包括半导体制冷片，与水冷底座相接触，所述半导体制冷片的热端与水冷底座的距离所述水路的第二段最近的表面相接触。
7.根据权利要求1所述的冷却装置，还包括激光器支撑装置，用于承载激光管。
8.根据权利要求1所述的冷却装置，还包括密封盒，该密封盒具有盖子和盒体，盒体上具有布儒斯特窗口和插头，密封盒罩住半导体激光器并与水冷底座密封。
9.根据权利要求8所述的冷却装置，其中所述密封盒中放置有干燥剂和泡沫。
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