1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 工程热物理研究所, 北京 100190
3 重庆大学 工程热物理研究所, 重庆 400030
根据高功率二极管激光器的散热需求，设计了一种储能式相变冷却实验系统，并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面，用氨做制冷剂，实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时，散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理，分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器，背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂,散热功率密度达到了550 W/cm2，采用R124做制冷剂，散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂，实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。
相变冷却 二极管激光器 微通道冷却器 喷雾相变 节流汽化 phase transition cooling diode laser microchannel cooler spray phase transition throttle evaporation 强激光与粒子束
2013, 25(11): 2799
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 工程热物理研究所, 北京 100080
针对二极管激光器叠阵的高效散热冷却开展了研究, 设计了基于R134a制冷剂的相变冷却系统和以节流式微通道相变冷却方式工作的冷却器, 完成了脉冲功率3 kW叠阵的封装, 并分析了制冷剂在热沉进出口的温度对叠阵出光波长的影响。实验测试结果表明:在20%的高占空比下, 电流197 A时叠阵的输出功率达到3 030 W, 插座效率为39%, 光谱宽度小于3.8 nm, 冷却器内R134a的气化率约为50%。制冷剂R134a的流量为0.60 L/min, 仅为水系统的1/5, 大幅减小了冷却液流量和热管理系统的体积。
相变冷却 微通道 热沉 二极管激光器 叠阵 phase transition cooling microchannel heat sink diode laser stacks
1 中国科学院工程热物理研究所， 北京 100190
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
针对大功率激光二极管(LD)的冷却需求，基于沸腾空化耦合效应，以及场协同理论，研制了一种微通道两相冲击强化相变热沉，封装腔长1.5 mm的LD线阵。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电光转换效率以及电流输出功率等特性，冷却工质采用R134a，磁驱齿轮泵电机转速23 Hz时热沉热阻为0.211 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的取热能力，能够满足大功率LD的散热要求。与改进前的热沉相比，基于场协同理论优化了的两相冲击热沉，热阻明显下降。
激光器 激光二极管 沸腾空化耦合效应 两相冲击 场协同理论 微通道相变热沉 中国激光
2011, 38(10): 1002003
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
2 中国科学院 工程热物理研究所， 北京 100190
3 重庆大学 工程热物理研究所， 重庆 400030
设计了一种基于相变冷却方式工作的大功率二极管激光器，该激光器的散热器是基于节流式喷射微槽道相变冷却的原理，使冷却液在微槽中的气化率达到了70%，大幅度提高了冷却效果，减小了冷却液流量，在同样制冷功率条件下，冷却液流量仅为水冷方式的1/10。利用相变冷却器进行了背冷式半导体激光器叠阵封装工艺的研究，采用复合热沉与AuSn硬焊料结合的新型封装工艺，完成了准连续3 kW叠阵的封装。实验测试表明，单元叠阵的输出功率达到3.01 kW，占空比10%，封装间距为1.3 mm，光谱宽度小于3.5 nm。最大功率输出时所需R134a冷却液的流量仅为110 mL/min。
相变冷却 二极管激光器 封装 冷却器 phase-change cooling diode laser packaging cooler
1 中国科学院 工程热物理研究所， 北京 100190
2 中国科学院 理化技术研究所， 北京 100190
3 中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
针对大功率LD的冷却需求，基于沸腾-空化耦合效应，研制了一种微通道相变热沉，封装腔长1.5 mm的LD线阵。依据加工条件确定通道宽度、深度以及间距，采用2维数值模型估算了通道长度，热沉材料采用无氧铜，多层叠焊，外形尺寸为20 mm×12 mm×1.6 mm。实验测试了连续功率LD输出0～100 W时的电-光转换效率以及电流-输出功率等特性，冷却工质采用R134a，磁驱齿轮泵电机转速50 r/s时热沉热阻为0.3 ℃/W。结果显示微通道相变热沉具有良好的散热能力，能够满足大功率LD的散热要求。
激光二极管 沸腾-空化耦合效应 微通道相变热沉 laser diode coupling of boiling-cavitation micro-channel phase-change heat sink
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
提出了利用水力空化效应抑制微通道流动沸腾不稳定性的方法并进行了实验验证。实验研究结果表明, 在微通道入口设置了空化结构后, 在加热量较大的变动范围内可以保持稳定的流动沸腾。基于这一研究结果, 开发了一种采用水力空化效应的单bar条微通道相变热沉, 并对单bar条微通道相变热沉进行了热工参数、电光参数以及最大散热能力测试。测试结果表明当输出光功率达到70 W左右时, 光电效率达到最大值, 且其最大散热能力超过了100 W(发热热流密度870 W/cm2)。
激光器 微通道 相变热沉 水力空化 稳定性
1 中国科学院理化技术研究所, 北京 100190
2 中国科学院研究生院, 北京 100190
大热流密度散热问题已成为发展高功率激光器的关键技术之一。本文结合我们近年来的研究工作, 综述了目前正在应用或正在研究的针对高功率激光器冷却技术的研究现状, 主要包括微通道液体对流换热、固体冷却、喷雾冷却和微热管冷却。然后根据技术发展趋势, 提出了微通道沸腾换热冷却和液氮冷却是两种具有很好应用前景的冷却技术, 并介绍了该两项技术目前基础研究进展情况。
激光器 冷却技术 高功率
