一种固体激光器的温控装置制造方法及图纸

技术编号:21924054 阅读:32 留言:0更新日期:2019-08-21 18:18
一种固体激光器的温控装置,包括:隔热层、制热层、温度传感器、半导体制冷器、热沉、发热元件,半导体制冷器的热面端为热沉,发热元件的置于半导体制冷器的冷面上,温度传感器置于发热元件上,制热层包覆在温度传感器和发热元件的外部,隔热层包覆在制热层的外部,本实用新型专利技术装置能够显著增加固体激光器的工作温度范围,对制热层功率进行设定,激光器可以在‑20℃甚至‑40℃工作;在环境温度较高时,只需要保证热沉的散热风道通畅,风量足够,对隔热层材料和厚度合适设计,固体激光器在常温和高温下工作的功耗差距可以很小。

A Temperature Control Device for Solid State Laser

【技术实现步骤摘要】
一种固体激光器的温控装置
本技术涉及激光器领域,特别涉及一种固体激光器的温控装置。
技术介绍
中低功率的固体激光器,为了实现技术指标的稳定,通常需要激光器内部部件工作在一个相对恒定的温度环境下,从节能降耗的角度,激光器的使用温度范围也是使用者关注的一个重要指标,决定激光器使用环境温度范围的因素中,除了泵源功率、激光器腔型外,热设计也是一个很重要的方面,水冷和风冷是目前主流的温控方案,水冷方案以纯净水作为制冷介质,由于水的三相变化,决定了其极限工作温度不可能低于0℃,而换用乙二醇等有机溶剂则有可能改变腔内折射率,影响激光器技术指标;采用半导体制冷器TEC的风冷方案是中小功率激光器常用的控温方案,但TEC控温时冷热面的温差不宜过大,温差越大TEC的控温能力越低,甚至失去控温能力。目前的控温措施能够满足激光器在常温环境下工作和使用,通常的控温范围在10℃~35℃。目前的控温措施虽然比较有效,但要求激光器的环境温度在10℃~35℃意味着很大的能源消耗,尤其在冬天或者夏天温度过低或者过高时,需要对激光器工作的整个空间采用空调控温,工业激光加工的工作空间通常在几百平米甚至上千平米,激光器的功耗将是很大的,因此扩大激光器的工作温度范围,同时保证技术指标的稳定能够显著降低电功耗,具有很重要的现实意义。现有CN201720896370.7一种半导体激光器的温控系统,包括激光器外壳、温控开关、帕尔贴陶瓷片、散热翅片和温控电路,所述帕尔贴陶瓷片安装在激光器外壳的底板正下方凹槽内,帕尔贴陶瓷片底面安装散热翅片,所述温控开关安装在激光器外壳的底板的前凹槽,所述温控电路包括温度检测单元、主控单元和全桥驱动芯片,所述温度检测单元的温度传感器检测头伸入激光器外壳内侧,温度检测单元的信号连接主控单元,主控单元信号连接全桥驱动芯片,全桥驱动芯片信号连接温控开关和帕尔贴陶瓷片,温控开关通过串联的方式与帕尔贴陶瓷片电连接。本技术实现了激光器在合理温度的环境内进行工作,增加了激光器波长、功率和光束指向的稳定性。
技术实现思路
本技术提供一种固体激光器的温控装置,显著提升激光器的工作温度范围,同时节省功率消耗,采用以下技术方案:用于对发热元件7进行制冷、传导发热元件7的热量给热沉6的半导体制冷器5(TEC),用于感知发热元件7实时温度的温度传感器3,用于对发热元件7加热的制热层1,用于隔断发热元件7与外界空气能量交换的隔热层2,所述隔热层2包覆在制热层1的外部,半导体制冷器5的冷面与发热元件7相接触,发热元件7为固体激光器整体或固体激光器中的泵浦源、晶体、透镜,温度传感器3置于发热元件7上,半导体制冷器5的热面端为热沉6。优选的,还包括有加热控制器4,所述加热控制器4置于隔热层2的外部,所述加热控制器4通过电线与温度传感器3电连接。优选的,所述制热层1包覆在温度传感器3和发热元件7的外部,所述制热层1通过电线与加热控制器4连接,通电产生热量。优选的,所述制热层1为电阻丝,或导电胶,或陶瓷加热器。优选的,还包括有隔热层2,所述隔热层2包覆于制热层1的外部。优选的,所述隔热层2选用导热系数低于空气的材料。优选的,所述隔热层2为石棉,或硅胶,或气凝胶。本技术的有益效果:当半导体制冷器5给发热元件7制冷时,温度传感器3同时将采集到的温度信号输出给加热控制器4和半导体制冷器5,隔热层2发挥作用,阻断环境空气与发热元件7的热交换,同时半导体制冷器5工作,半导体制冷器5仅将发热元件7产生的热量传输给热沉6,而加热控制器4不动作,制热层2不产生热量;当半导体制冷器5给发热元件7制热时,温度传感器3将采集到的温度信号输出给加热控制器4,使其动作,让制热层2产生热量,产生的热量传导给发热元件7,使其温度升高,当升高至设定值后,加热控制器4给制热层2输出关断信号,停止加热。本技术装置能够显著增加固体激光器的工作温度范围,对制热层功率进行设定,激光器可以在-20℃甚至-40℃工作;在环境温度较高时,只需要保证热沉的散热风道通畅,风量足够,对隔热层材料和厚度采用合适设计,固体激光器在常温和高温下工作的功耗差距可以很小。附图说明图1为本专利申请的结构示意图;图2为已有风冷温控装置的示意图;图3为本专利申请的控制原理图。1、制热层;2、隔热层;3、温度传感器;4、加热控制器;5、半导体制冷器;6、热沉;7、发热元件。具体实施方式由图2所示可知,已有技术的风冷温控装置包括温度传感器3、发热元件7、半导体制冷器(TEC)5以及热沉6,所述温控装置对发热元件7的温度进行控制,发热元件7可以是固体激光器整体或者固体激光器中的泵浦源、晶体、透镜,温度传感器3置于发热元件7上,所述发热元件7置于半导体制冷器5的冷面上,半导体制冷器5的热面端为热沉6,当温度传感器3测量的发热元件7的温度低于设定温度时,半导体制冷器5给发热元件7加热,使发热元件7温度升高;当温度传感器3测量的发热元件7的温度高于设定温度时,半导体制冷器5给发热元件7制冷,使发热元件7温度降低。当环境温度高于发热元件7的温度时,环境热量会通过空气传导给发热元件7,从而增加半导体制冷器5的负荷,使其降温速度变慢;当环境温度低于发热元件7的温度时,发热元件7会通过空气将一部分热量辐射出去,这同样会增加半导体制冷器5的负荷,使其升温速度变慢;在这两种情况下阻断发热元件7与周围环境的热交换会有助于减小半导体制冷器5的负荷;由于半导体制冷器5的制热效率不及其制冷效率,在制热的过程中通过辅助制热将有助于降低整体温控系统的功耗,使发热元件7更快达到设定温度,基于以上原理,本技术增加制热层1将发热元件7包覆,再在制热层1的外边包覆隔热层2,隔热层会减少发热元件7与空气的热交换,降低激光器的整体功耗,增加工作温度范围。图1所示为本专利申请的结构示意图,包括:制热层1、发热层2、加热控制器4、温度传感器3、半导体制冷器(TEC)5、热沉6以及发热元件7,所述温度传感器3置于发热元件7上,所述发热元件7的置于半导体制冷器5的冷面上,半导体制冷器5的热面端为热沉6,当温度传感器3测量的发热元件7的温度低于设定温度时,半导体制冷器5给发热元件7加热,使发热元件7温度升高;当温度传感器3测量的发热元件7的温度高于设定温度时,半导体制冷器5给发热元件7制冷,使发热元件7温度降低。优选的,发热元件7可以是固体激光器整体或者固体激光器中的泵浦源、晶体、透镜。优选的,温度传感器3可以采用负温度系数温度传感器、铂电阻、热电偶等温度测量器件。热沉6通常采用等高导热系数的材料,如铝合金、铜合金。所述制热层1包覆在温度传感器3和发热元件7的外部,所述制热层1为电阻丝,或导电胶,或陶瓷加热器。优选的,还包括有加热控制器4,所述加热控制器4通过电线与温度传感器3电连接,且制热层1通过电线与加热控制器4连接,通电加热层可以产生热量,并将热量传导给发热元件7。优选的,加热控制器4可以选用常见的51单片机、飞思卡尔系列,上述单片机与温度传感器、电阻丝的连接已属于常规技术,故不做冗余介绍。优选的,还包括有隔热层2,所述隔热层2包覆于制热层1的外部,所述加热控制器4置于隔热层2的外部。优选的,所述隔热层2选用导热系数低于空气的材料。优选的,所本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种固体激光器的温控装置,其特征在于:包括:用于对发热元件(7)进行制冷、传导发热元件(7)的热量给热沉(6)的半导体制冷器(5),用于感知发热元件(7)实时温度的温度传感器(3),用于对发热元件(7)加热的制热层(1),用于隔断发热元件(7)与外界空气能量交换的隔热层(2)。

【技术特征摘要】
1.一种固体激光器的温控装置,其特征在于:包括:用于对发热元件(7)进行制冷、传导发热元件(7)的热量给热沉(6)的半导体制冷器(5),用于感知发热元件(7)实时温度的温度传感器(3),用于对发热元件(7)加热的制热层(1),用于隔断发热元件(7)与外界空气能量交换的隔热层(2)。2.根据权利要求1所述的一种固体激光器的温控装置,其特征在于:所述半导体制冷器(5)的热面端为热沉(6),半导体制冷器(5)的冷面端为发热元件(7)。3.根据权利要求2所述的一种固体激光器的温控装置,其特征在于:所述发热元件(7)为固体激光器整体或固体激光器中的泵浦源、晶体、透镜。4.根据权利要求1所述的一种固体激光器的温控装置,其特征在于:所述温度传感器(3)置于发热元件(7)上。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘胜利张秀翠刘林汶
申请(专利权)人:聚源光电无锡有限公司
类型:新型
国别省市:江苏,32

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