本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種新型的用于冷卻介質(zhì)以及半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體激光器常用的冷卻方式有風(fēng)冷和水冷兩種。風(fēng)冷裝置簡單，體積小，但是散熱效率不高，常用于百瓦級以下的激光系統(tǒng)制冷。水冷方式多用于需要大功率散熱的場合，其散熱效率高，但是往往需要引入壓縮機(jī)、半導(dǎo)體制冷片等制冷裝置，同時(shí)為了確保水路的循環(huán)，還需引入水泵、水箱等輔助裝置，造成整體系統(tǒng)龐大，很難適用于要求體積小、重量輕、電力供應(yīng)緊張的場合。

對于緊湊型脈沖高能量半導(dǎo)體激光發(fā)射系統(tǒng)來說，其發(fā)射特點(diǎn)兼具間歇性與大能量，即需要在短時(shí)發(fā)射期間有大電流輸出以及間歇高性能散熱能力，同時(shí)要確保整體系統(tǒng)體積和重量小，以上兩種方式均無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于期望提供一種新型的用于冷卻介質(zhì)以及半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)，巧妙地利用壓縮氣體的相變潛熱，也即膨脹吸熱及做功的特點(diǎn)，使壓縮氣體的膨脹過程發(fā)生在冷卻介質(zhì)中，從而使得冷卻介質(zhì)冷卻，進(jìn)一步為半導(dǎo)體激光器散熱。這樣，不但省去了額外的電力輸入制冷過程，還有效地提高了制冷效率，節(jié)省了能源，并且結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小，具有較高的可靠性。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下所示：

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)，所述冷卻介質(zhì)用于為半導(dǎo)體激光器制冷，所述系統(tǒng)包括：制冷物質(zhì)、冷卻介質(zhì)、儲液裝置、以及儲氣裝置；其中，所述儲液裝置，用于儲存冷卻介質(zhì)；所述儲氣裝置，用于儲存制冷物質(zhì)，并將所述制冷物質(zhì)導(dǎo)入所述儲液裝置；所述制冷物質(zhì)，用于利用自身的相變潛熱，在所述儲液裝置中將所述冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻。

上述方案中，所述儲液裝置包括第一儲液裝置，所述第一儲液裝置上設(shè)置有第一排氣口，所述儲氣裝置通過第一閥門與所述第一儲液裝置連通。

上述方案中，所述儲氣裝置，具體用于在所述儲氣裝置與所述第一儲液裝置之間處于連通狀態(tài)時(shí)，將所述制冷物質(zhì)經(jīng)所述第一閥門連續(xù)導(dǎo)入所述第一儲液裝置。

上述方案中，所述制冷物質(zhì)，具體用于在所述第一儲液裝置上的第一排氣口為打開狀態(tài)，并在其自身被導(dǎo)入所述第一儲液裝置后，通過在第一儲液裝置中吸熱膨脹，將所述第一儲液裝置中的冷卻介質(zhì)連續(xù)冷卻。

上述方案中，所述制冷物質(zhì)包括：壓縮氣體、或液態(tài)氣體。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上述用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)、以及半導(dǎo)體激光器；其中，所述用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)中的制冷物質(zhì)，還用于通過利用自身的相變潛熱，將冷卻后的冷卻介質(zhì)輸送至所述半導(dǎo)體激光器；所述半導(dǎo)體激光器，用于將吸熱后的冷卻介質(zhì)輸出。

上述方案中，所述儲液裝置還包括第二儲液裝置，所述第二儲液裝置上設(shè)置有第二排氣口，所述儲氣裝置通過第一閥門與所述第二儲液裝置連通；所述半導(dǎo)體激光器具有冷卻介質(zhì)輸入端和冷卻介質(zhì)輸出端；所述第一儲液裝置和第二儲液裝置分別通過第二閥門與所述半導(dǎo)體激光器連通。

上述方案中，所述制冷物質(zhì)，具體用于在所述第一儲液裝置上的第一排氣口為關(guān)閉狀態(tài)，且所述第一儲液裝置與所述半導(dǎo)體激光器處于連通狀態(tài)時(shí)，在所述第一儲液裝置中吸熱膨脹，將所述第一儲液裝置中冷卻后的冷卻介質(zhì)經(jīng)所述第二閥門輸送至所述半導(dǎo)體激光器的冷卻介質(zhì)輸入端。

上述方案中，所述半導(dǎo)體激光器，具體用于在所述第二儲液裝置上的第二排氣口為打開狀態(tài)，且所述半導(dǎo)體激光器與所述第二儲液裝置處于連通狀態(tài)時(shí)，將吸熱后的冷卻介質(zhì)由所述半導(dǎo)體激光器的冷卻介質(zhì)輸出端，經(jīng)所述第二閥門輸出至所述第二儲液裝置。

基于本實(shí)用新型提供的新型用于冷卻介質(zhì)以及半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)，通過利用壓縮氣體或液態(tài)氣體的相變潛熱的方式(以壓縮氣體為例，液化的壓縮氣體吸熱氣化)來吸收半導(dǎo)體激光器工作時(shí)產(chǎn)生的熱量，巧妙地代替了現(xiàn)有的制冷裝置及水泵，具有較高的制冷效率；并且，整個(gè)系統(tǒng)除了切換閥門時(shí)所需的微量電力外，不再需要額外的電力來進(jìn)行制冷過程，大大節(jié)省了能源，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、體積小、可靠性高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖一；

圖3為本實(shí)用新型用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖二；

圖4為本實(shí)用新型用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)的另一組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)的另一組成結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號說明：1為半導(dǎo)體激光器，2為儲氣裝置，3為第一儲液裝置，4 為第二儲液裝置，5為第三閥門，6為第一閥門，7為第二閥門，8為第二排氣口，9為第一排氣口，10為光纖，11為發(fā)射頭，12為管道。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述儲液裝置包括第一儲液裝置3和第二儲液裝置4，所述半導(dǎo)體激光器1具有冷卻介質(zhì)輸入端和輸出端；所述第一儲液裝置 3和第二儲液裝置4上分別設(shè)置有第一排氣口9和第二排氣口8，所述第一排氣口9和第二排氣口8通過第三閥門5控制。所述儲氣裝置2通過第一閥門6 分別與所述第一儲液裝置3和第二儲液裝置4連通，所述第一儲液裝置3和第二儲液裝置4通過第二閥門7分別與所述半導(dǎo)體激光器1的冷卻介質(zhì)輸入端和輸出端連通。

本實(shí)用新型實(shí)施例所述的制冷物質(zhì)包括但不限于：壓縮氣體、液態(tài)氣體等，例如空氣、氮?dú)?、二氧化碳等；以下?shí)施例以制冷物質(zhì)為壓縮氣體(液氮)為例進(jìn)行說明。

本實(shí)用新型實(shí)施例所述的所述冷卻介質(zhì)可以包括但不限于：去離子水、乙二醇等。

本實(shí)用新型的原理是：利用壓縮氣體相變潛熱的特點(diǎn)，將壓縮氣體由儲氣裝置2導(dǎo)入第一儲液裝置3，壓縮氣體在第一儲液裝置3中吸熱膨脹，由液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，吸熱的過程也就是連續(xù)冷卻第一儲液裝置中冷卻介質(zhì)的過程，膨脹的過程也即做功的過程，做功使得第一儲液裝置3中冷卻后的冷卻介質(zhì)被擠壓，進(jìn)而被輸送至半導(dǎo)體激光器1進(jìn)行制冷，在半導(dǎo)體激光器1內(nèi)吸熱后的冷卻介質(zhì)輸出至第二儲液裝置4。

以下通過附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)，圖1為本實(shí)用新型用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖，所述冷卻介質(zhì)用于為半導(dǎo)體激光器制冷，所述系統(tǒng)包括：制冷物質(zhì)、冷卻介質(zhì)、儲液裝置、以及儲氣裝置；其中，

所述儲液裝置，用于儲存冷卻介質(zhì)。

具體的，預(yù)先將冷卻介質(zhì)注入儲液裝置，所述儲液裝置包括第一儲液裝置3，所述第一儲液裝置3上設(shè)置有第一排氣口9，所述儲氣裝置2通過第一閥門6與所述第一儲液裝置3連通。

所述儲氣裝置，用于儲存制冷物質(zhì)，并將所述制冷物質(zhì)導(dǎo)入所述儲液裝置。

具體的，預(yù)先將制冷物質(zhì)注入儲氣裝置2，所述儲氣裝置2，具體用于在所述儲氣裝置2與所述第一儲液裝置3之間處于連通狀態(tài)時(shí)，將所述制冷物質(zhì)經(jīng)所述第一閥門6導(dǎo)入所述第一儲液裝置3。

具體的，通過調(diào)節(jié)所述第一閥門6的開關(guān)，連通所述儲氣裝置2與第一儲液裝置3，所述儲氣裝置2中的液氮沿管道經(jīng)所述第一閥門6連續(xù)導(dǎo)入所述第一儲液裝置3。

所述制冷物質(zhì)，用于利用自身的相變潛熱，在所述儲液裝置中將所述冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻。

上述方案中，所述制冷物質(zhì)，具體用于在所述第一儲液裝置3上的第一排氣口9為打開狀態(tài)，并在其自身被導(dǎo)入所述第一儲液裝置3后，通過在第一儲液裝置3中吸熱膨脹，將所述第一儲液裝置3中的冷卻介質(zhì)連續(xù)冷卻。

具體的，將所述第一儲液裝置3上的第一排氣口9設(shè)置為打開狀態(tài)，所述液氮在導(dǎo)入所述第一儲液裝置3后，在所述第一儲液裝置3中吸熱膨脹，使得所述第一儲液裝置3中的冷卻介質(zhì)連續(xù)冷卻，膨脹后的制冷物質(zhì)經(jīng)所述第一排氣口9排出。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過上述過程實(shí)現(xiàn)了對冷卻介質(zhì)的一系列連續(xù)制冷過程。

本實(shí)用新型實(shí)施例還提供一種用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)，圖2為本實(shí)用新型用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖一，圖3為本實(shí)用新型用于半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖二。如圖2、3所示，所述系統(tǒng)包括：上述所示的用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)(該系統(tǒng)的具體內(nèi)容見上述圖1 實(shí)施例所示技術(shù)方案，此處不再贅述)、以及半導(dǎo)體激光器1；其中，

所述用于冷卻介質(zhì)的制冷系統(tǒng)中的制冷物質(zhì)，還用于通過利用自身的相變潛熱，將冷卻后的冷卻介質(zhì)輸送至所述半導(dǎo)體激光器；

所述制冷物質(zhì)，具體用于在所述第一儲液裝置3上的第一排氣口9為關(guān)閉狀態(tài)，且所述第一儲液裝置3與所述半導(dǎo)體激光器1處于連通狀態(tài)時(shí)，在所述第一儲液裝置3中吸熱膨脹，將所述第一儲液裝置3中冷卻后的冷卻介質(zhì)經(jīng)所述第二閥門7輸送至所述半導(dǎo)體激光器1的冷卻介質(zhì)輸入端。

具體的，通過調(diào)節(jié)所述第二閥門7的開關(guān)，連通所述第一儲液裝置3與所述半導(dǎo)體激光器1。由于所述第一排氣口9處于關(guān)閉狀態(tài)，因此所述制冷物質(zhì)的膨脹過程使得所述第一儲液裝置3中的壓強(qiáng)增大，進(jìn)而擠壓所述冷卻介質(zhì)，所述冷卻介質(zhì)被擠壓，沿管道經(jīng)所述第二閥門7被輸送至所述半導(dǎo)體激光器1的冷卻介質(zhì)輸入端。

所述半導(dǎo)體激光器，用于將吸熱后的冷卻介質(zhì)輸出。

通過調(diào)節(jié)所述第二閥門7的開關(guān)，連通所述半導(dǎo)體激光器1與所述第二儲液裝置4，并將所述第二儲液裝置4上的第二排氣口8設(shè)置為打開狀態(tài)；也就是說，所述半導(dǎo)體激光器1與所述第二儲液裝置4之間的第二閥門7處于打開狀態(tài)，所述第二排氣口8處于打開狀態(tài)，以保證吸熱后的冷卻介質(zhì)能夠順利輸出至所述第二儲液裝置4。

具體的，所述半導(dǎo)體激光器1，用于在所述第二儲液裝置4上的第二排氣口8為打開狀態(tài)，且所述半導(dǎo)體激光器1與所述第二儲液裝置4處于連通狀態(tài)時(shí)，將吸熱后的冷卻介質(zhì)由所述半導(dǎo)體激光器的冷卻介質(zhì)輸出端，經(jīng)所述第二閥門7輸出至所述第二儲液裝置4。

所述第二儲液裝置4，具體用于在所述半導(dǎo)體激光器1與所述第二儲液裝置4之間的第二閥門7打開，并且所述第二排氣口8處于打開狀態(tài)時(shí)，將由所述半導(dǎo)體激光器1的冷卻介質(zhì)輸出端輸出的冷卻介質(zhì)儲存在其內(nèi)部，以準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)的制冷過程。

需說明的是，輸送至所述第二儲液裝置4中的冷卻介質(zhì)可繼續(xù)循環(huán)使用，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的冷卻過程。在下一個(gè)循環(huán)過程中，第二儲液裝置4中冷卻介質(zhì)的制冷過程(圖4所示)、以及制冷后的冷卻介質(zhì)為半導(dǎo)體激光器1 制冷的過程(圖5所示)與上述第一儲液裝置3中冷卻介質(zhì)的制冷過程(圖1 所示)、以及制冷后的冷卻介質(zhì)為半導(dǎo)體激光器1制冷(圖2所示)的實(shí)現(xiàn)過程類似，只需將相應(yīng)的閥門進(jìn)行換位即可，此處不再贅述。

本實(shí)用新型實(shí)施例中，整個(gè)冷卻系統(tǒng)排出的氣體(氮?dú)?再經(jīng)過控制電路部分，進(jìn)一步對控制電路部分散熱。壓縮氣體為消耗性原料，每經(jīng)過一定次數(shù)的發(fā)射之后，可以重新充灌，也可以采用更換儲氣裝置的方式來保持整個(gè)系統(tǒng)的長時(shí)間工作。

本實(shí)用新型所述的用于冷卻介質(zhì)及半導(dǎo)體激光器的制冷系統(tǒng)能夠保證半導(dǎo)體激光器始終處于較低溫度的環(huán)境中，從而保證在間歇工作中的高效率。

需說明的是，本實(shí)用新型中的第一排氣口9和第二排氣口8可以通過一個(gè)兩位三通電磁閥門5(第三閥門)實(shí)現(xiàn)，所述儲氣裝置2與所述第一儲液裝置3、或第二儲液裝置4之間的閥門6(第一閥門)可以通過一個(gè)兩位三通電磁閥門實(shí)現(xiàn)，所述半導(dǎo)體激光器1與所述第一儲液裝置3、或第二儲液裝置4 之間的閥門7(第二閥門)可以通過一個(gè)三位四通電磁閥門實(shí)現(xiàn)。本實(shí)用新型中的第一儲液裝置3、第二儲液裝置4、第一排氣口9、第二排氣口8僅用于區(qū)分說明，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的限制。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。