ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ЛАЗЕРНОЙ УСТАНОВКИ И ЛАЗЕРНАЯ СИСТЕМА, СОДЕРЖАЩАЯ ОХЛАЖДАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
COOLING DEVICE FOR COOLING A LASER ARRANGEMENT AND LASER SYSTEM COMPRISING COOLING DEVICES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к охлаждающему устройству для охлаждения лазерной установки и лазерной системе, содержащей такие охлаждающие устройства. Кроме того, изобретение относится к способам изготовления охлаждающего устройства и лазерной системы, содержащей такие охлаждающие устройства.
Предпосылки создания изобретения
В документе US6014312 раскрыт охладитель, используемый в качестве теплопоглощающего устройства для электрических компонентов или цепей, состоящий из нескольких холодильных слоев, которые соединены плоскими поверхностями друг с другом, которые расположены один поверх другого, которые образованы между каналами, по которым протекает хладагент, а каждый канал подведен к по меньшей мере одному первому сборному пространству для подачи хладагента и к второму сборному пространству для отвода хладагента, при этом сборные пространства образованы пустотами в холодильных слоях и охлаждающих каналах благодаря структурированию по меньшей мере одного участка холодильных слоев в зависимости от пустот, при этом участок находится между пустотами.
2
-6
В документе US2005/0168950 A1 описано полупроводниковое охлаждающее устройство, включающее по меньшей мере верхнюю пластину, промежуточную пластину и нижнюю пластину и имеющее участок впуска хладагента, участок выпуска хладагента и участок прохождения потока. Верхняя пластина и нижняя пластина представляют собой многослойные пластины, образованные электроосаждением слоя меди толщиной не меньше чем 0,05 мм на одну поверхность или на обе поверхности вспомогательных пластин, выполненных из материала, имеющего прочность на растяжение не меньше чем 1000 Н/мм, теплопроводность не меньше чем 100 Вт/(м·K) и коэффициент теплового расширения не выше чем 6,0·10/°С. Полупроводниковое охлаждающее устройство испытывали, чтобы при практическом использовании исключалось возникновение деформации полупроводникового охлаждающего устройства и исключалось отделение полупроводникового кристалла от полупроводникового охлаждающего устройства в случае теплового расширения полупроводникового кристалла и полупроводникового охлаждающего устройства.
Для описанных охладителей необходимы большие затраты в случае объединения охладителей в систему. Требуется большой объем работ, если электрические компоненты на двух или большем количестве охладителей необходимо выравнивать относительно друг друга с высокой точностью.
Сущность изобретения
Поэтому задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного охлаждающего устройства, предназначенного для охлаждения лазерной установки, позволяющего упростить масштабирование лазерной системы, содержащей по меньшей мере два охлаждающих устройства. Кроме того, задача заключается в создании соответствующего способа изготовления охлаждающего устройства и лазерной системы.
В соответствии с первым аспектом предложено охлаждающее устройство для охлаждения лазерной установки. Охлаждающее устройство выполнено с возможностью разъединяемого межсоединения с дополнительным охлаждающим устройством. Охлаждающее устройство содержит монтажную площадку для лазерной установки, охлаждающий объем, который содержит охлаждающие каналы, выполненные с возможностью охлаждения монтажной площадки, впуск хладагента и выпуск хладагента, соединенные с охлаждающими каналами охлаждающего объема, первое сквозное отверстие подачи хладагента, соединенное с впуском хладагента, второе сквозное отверстие подачи хладагента, соединенное с выпуском хладагента. Охлаждающее устройство также содержит по меньшей мере один соединительный элемент, обеспечивающий возможность разъединяемого межсоединения с дополнительным охлаждающим устройством, так что при межсоединении охлаждающего устройства с дополнительным охлаждающим устройством первое сквозное отверстие подачи хладагента охлаждающего устройства соединено с первым сквозным отверстием подачи хладагента дополнительного охлаждающего устройства и второе сквозное отверстие подачи хладагента охлаждающего устройства соединено со сквозным отверстием подачи хладагента дополнительного охлаждающего устройства. Охлаждающее устройство содержит печатную плату (ПП) или мультислой с прямо присоединенной медью (МППМ), содержащий по меньшей мере часть возбуждающей электроники для электрического возбуждения лазерной установки, при этом печатная плата (ПП) или мультислой с прямо присоединенной медью (МППМ) содержит электрические соединители, позволяющие осуществлять электрическое соединение печатной платы (ПП) или мультислоя с прямо присоединенной медью (МППМ) охлаждающего устройства с дополнительной печатной платой (ПП) или мультислоем с прямо присоединенной медью (МППМ) дополнительного охлаждающего устройства при разъединяемом межсоединении между охлаждающим устройством и дополнительным охлаждающим устройством. Охлаждающее устройство расположено таким образом, что хладагент может подаваться в охлаждающий объем через первое сквозное отверстие подачи хладагента и второе сквозное отверстие подачи хладагента.
Компоновка первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента в сочетании с соединительным элементом охлаждающего устройства позволяет легко масштабировать лазерную систему, содержащую два, три, четыре или большее количество охлаждающих устройств, при использовании лазерных установок, закрепляемых на монтажных площадках. Кроме того, отсутствует сложная водораспределительная пластина из устойчивого к коррозии материала с высокоточными просверленными отверстиями для установки охладителей, которая должна изготавливаться индивидуально, что приводит к большим затратам.
Подача электроэнергии к лазерной установке может быть выполнена, например, с помощью печатных плат, содержащих по меньшей мере часть возбуждающей электроники, электрически соединенной с лазерной установкой. Печатные платы могут содержать электрические соединения, так что первая печатная плата первого охлаждающего устройства электрически соединена со второй печатной платой второго охлаждающего устройства как только первое и второе охлаждающие устройства соединены с возможностью разъединения друг с другом. В ином случае могут быть сквозные отверстия для подачи электроэнергии, позволяющие выполнить электрическое соединение лазерной установки.
Непроницаемое для хладагента соединение первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента охлаждающих устройств можно обеспечить путем образования высокоточных охлаждающих устройств, позволяющих выполнить непроницаемое для хладагента соединение. В ином случае или в дополнение можно использовать прокладку, подобную уплотнительным кольцам, или нечто подобное.
Охлаждающее устройство может быть особенно пригодным для лазерных установок, содержащих лазерные модули большой мощности, аналогичные модулям лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором (ЛПИВОР). Такие модули лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором содержат одну, две, три или большее количество матриц лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором. Лазеры поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором можно изготавливать и тестировать в масштабе целой полупроводниковой пластины, что позволяет получать экономически эффективные лазерные модули.
Соединительный элемент может обеспечивать непосредственное соединение охлаждающих устройств или косвенное соединение охлаждающих устройств. Непосредственное соединение возможно, если нет необходимости в дополнительной соединительной структуре для соединения охлаждающих устройств, при этом в случае косвенного соединения необходим по меньшей мере дополнительный элемент. Примером косвенного соединения может быть сквозное отверстие в каждом охлаждающем устройстве, параллельное первому и второму сквозным отверстиям подачи хладагента, при этом дополнительной соединительной структурой может быть стержень или длинный винт, который может быть введен в сквозные отверстия, так что охлаждающие устройства могут быть закреплены на конце стержня. В ином случае могут быть образованы расширения (или выемки), перпендикулярные к первому и второму сквозным отверстиям подачи хладагента, и планка с отверстиями (или расширениями), пригнанными к расширениям (или выемкам), может быть образована для соединения охлаждающих устройств. Соединительный элемент может позволить выполнить соединение охлаждающих устройств без опорной плиты, содержащей высокоточные просверленные отверстия. Кроме того, можно образовать дополнительное постоянное соединение между охлаждающими устройствами с помощью клея, сварки или чего-либо подобного.
В случае непосредственного соединения соединительный элемент охлаждающего устройства может содержать по меньшей мере один паз и по меньшей мере один ключ. Паз и ключ расположены таким образом, что два охлаждающих устройства автоматически выравниваются как только два охлаждающих устройства соединяют друг с другом. Ключ может быть просто выступающей частью и паз выемкой, подогнанной к форме ключа, так что охлаждающие устройства, соединенные с помощью ключа и паза, не могут перемещаться относительно друг друга и обеспечивается идеальное выравнивание. В ином случае ключ и паз можно реализовать как вставной соединитель. Или же охлаждающее устройство с охватываемыми деталями может содержать только ключи и охлаждающее устройство с охватывающими деталями может содержать только соответствующие пазы.
По меньшей мере один паз может располагаться на первой стороне охлаждающего устройства, продолжаться параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента, и по меньшей мере один ключ может быть расположен на второй стороне охлаждающего устройства, ориентирован параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента. Расположением паза и ключа на первой и второй сторонах и таким образом, на противоположных сторонах охлаждающего устройства можно получить надежную компоновку более чем двух охлаждающих устройств. Кроме того, для обеспечения масштабируемости необходимы однотипные охлаждающие устройства, благодаря чему сокращаются затраты.
Паз и ключ могут быть расположены со смещением относительно первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента. В ином случае или дополнительно ключ может быть продолжением первого и/или второго сквозного отверстия подачи хладагента на первой стороне охлаждающего устройства и паз может быть расширением первого и/или второго сквозного отверстия подачи хладагента на второй стороне охлаждающего устройства. В этом случае ключ может иметь вид трубки, продолжающейся в гнездо, образованное расширением. Это соединение может позволить выполнить непроницаемое для хладагента соединение первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента смежных охлаждающих устройств. В ином случае или в дополнение в расширение можно ввести уплотнительное кольцо или кольцевое уплотнение другого вида для получения непроницаемого для хладагента соединения.
Соединительный элемент содержит по меньшей мере первый паз и второй паз, при этом первый паз расположен на первой стороне охлаждающего устройства, продолжается параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента и второй паз расположен на второй стороне охлаждающего устройства, продолжается параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента, что позволяет выполнить разъединяемое межсоединение со вторым охлаждающим устройством с помощью соединительной структуры. Пазы могут быть расширениями первого и/или второго сквозных отверстий подачи хладагента на первой и второй сторонах охлаждающего устройства. В этом случае дополнительная соединительная структура, подобная трубке, может быть предусмотрена для соединения охлаждающих устройств. Трубка может быть введена в расширение смежных охлаждающих устройств для обеспечения надежного соединения и выравнивания. В ином случае пазы могут быть расположены со смещением относительно первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента. Соединительная структура, подобная треугольному штифту, прямоугольному штифту или чему-либо подобному, в этом случае может быть предусмотрена для обеспечения надежного соединения и выравнивания. В другом варианте осуществления в каждом охлаждающем устройстве может быть образовано сквозное отверстие, смещенное относительно первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента, при этом образуются пазы на обеих сторонах охлаждающей структуры. В этом случае дополнительной соединительной структурой может быть стержень или длинный винт, который можно вводить в сквозное отверстие, так что охлаждающие устройства могут быть скреплены на конце стержня.
Охлаждающее устройство может содержать по меньшей мере один выступ для закрепления охлаждающего устройства. Выступ может быть продолжением охлаждающего устройства, продолжающимся перпендикулярно к первому и второму сквозным отверстиям подачи хладагента. Поэтому выступ может также использоваться как соединительный элемент. Выступ может содержать отверстия под винты, позволяющие выполнять винтовое соединение с соединительной структурой, содержащей удлиненные отверстия. Охлаждающие устройства можно соединять и выравнивать при закреплении охлаждающих устройств с помощью винтов, скрепляющих охлаждающие устройства через отверстия под винты с соединительной структурой. Соединительной структурой может быть, например, прямоугольная планка с такой же шириной, какую имеют выступы, так что после размещения и фиксации прямоугольной планки поверх выступов становится невозможным перемещение смежных охлаждающих устройств перпендикулярно к первому и второму сквозным отверстиям подачи хладагента. В ином случае или в дополнение выступы могут использоваться для закрепления охлаждающего устройства.
Лазерная система может содержать по меньшей мере первое и второе охлаждающие устройства с лазерными установками в качестве матриц лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором, закрепляемыми на монтажных площадках. Два, три, четыре или большее количество охлаждающих устройств можно соединить с возможностью разъединения с помощью соединительных элементов. Лазерная система также содержит заднюю пластину, соединенную с возможностью разъединения с первым охлаждающим устройством с помощью соединительного элемента первого охлаждающего устройства, переднюю пластину, соединенную с возможностью разъединения со вторым охлаждающим устройством с помощью соединительного элемента второго охлаждающего устройства, и электрические соединители первого и второго охлаждающих устройств. Передняя пластина содержит первый соединитель и второй соединитель для подачи хладагента. В зависимости от варианта осуществления охлаждающего устройства дополнительная соединительная структура в виде стержня, трубки, планки, штифта или выступа может быть необходима или использована для надежного соединения и выравнивания охлаждающих устройств. Передняя пластина охлаждающего устройства может быть с первым соединителем и вторым соединителем для подачи хладагента. Задняя пластина охлаждающего устройства может быть с пробками или чем-либо подобным для закрытия первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента на стороне охлаждающего устройства, противоположной стороне смежного охлаждающего устройства.
Кроме того, лазерная система может содержать опорную плиту, при этом передняя пластина и задняя пластина соединены с возможностью разъединения с опорной плитой. Передняя и задняя пластины могут быть непосредственно или косвенно соединены с опорной плитой. В случае непосредственного соединения винты или зажимы могут быть предусмотрены на передней панели и задней панели для крепления передней панели, задней панели и охлаждающего устройства между ними к опорной плите. В случае косвенного соединения охлаждающие устройства могут быть соединены с опорной плитой с помощью, например, выступа и зажимов и/или винтов.
Каждое из охлаждающих устройств лазерной системы может содержать по меньшей мере одно сквозное отверстие подачи электроэнергии от опорной плиты к монтажной площадке. В этом случае опорная плита может содержать по меньшей мере одну прорезь, выполненную в виде прохода для подачи электроэнергии и выровненную по сквозным отверстиям подачи электроэнергии. Сквозные отверстия подачи электроэнергии позволяют выполнять индивидуальное электрическое соединение каждой лазерной установки. Поэтому одного центрального возбудителя будет достаточно для возбуждения всех лазерных установок в соответствии с применяемой схемой возбуждения.
Каждое охлаждающее устройство лазерной системы может содержать два выступа и две боковые пластины, каждую с вырезом для прикрепления выступов к опорной плите. Боковые пластины соединены с возможностью разъединения с опорной плитой и/или задней пластиной и передней пластиной. Боковые пластины могут быть соединены с помощью винтов или зажимов с опорной плитой и/или с передней и задней пластинами. Передняя и задняя пластины могут быть косвенно соединены с опорной плитой через посредство боковых пластин.
Лазерная система может содержать верхнее покровное стекло для защиты лазерной установки от окружающей среды. Верхнее покровное стекло может быть соединено с возможностью разъединения с задней пластиной, передней пластиной и/или боковыми пластинами. Охлаждающая структура может содержать возвышения на боковых поверхностях монтажной площадки, так что совместно с задней и передней пластинами образуется ободок. Верхнее покровное стекло можно помещать на ободок, возможно, с герметизацией. В ином случае задняя и передняя пластины в сочетании с боковой пластиной могут образовывать ободок вокруг лазерных установок для помещения верхнего покровного стекла. Верхнюю раму можно предусмотреть для прикрепления верхнего покровного стекла к опорной плите, боковым пластинам и/или передней и задней пластинам.
Согласно дальнейшему аспекту предложен способ изготовления охлаждающего устройства для охлаждения лазерной установки, в котором охлаждающее устройство выполнено с возможностью разъединяемого межсоединения с дополнительным охлаждающим устройством. Способ содержит этапы, на которых:
- обеспечивают монтажную площадку для лазерной установки;
- обеспечивают охлаждающий объем, содержащий охлаждающие каналы, выполненные с возможностью охлаждения монтажной площадки;
- обеспечивают впуск хладагента и выпуск хладагента, соединенные с охлаждающими каналами охлаждающего объема;
- обеспечивают первое сквозное отверстие подачи хладагента, соединенное со впуском хладагента;
- обеспечивают второе сквозное отверстие подачи хладагента, соединенное с выпуском хладагента, так что охладитель может быть подаваться в охлаждающий объем через первое сквозное отверстие подачи хладагента и второе сквозное отверстие подачи хладагента;
- обеспечивают по меньшей мере один соединительный элемент, обеспечивающий возможность разъединяемого межсоединения с дополнительным охлаждающим устройством, так что при межсоединении охлаждающего устройства со вторым охлаждающим устройством первое сквозное отверстие подачи хладагента соединено с первым сквозным отверстием подачи хладагента дополнительного охлаждающего устройства и второе сквозное отверстие подачи хладагента охлаждающего устройства соединено со вторым сквозным отверстием подачи хладагента дополнительного охлаждающего устройства; и
- обеспечивают печатную плату (ПП) или мультислой с прямо присоединенной медью (МППМ), содержащий по меньшей мере часть возбуждающей электроники для электрического возбуждения лазерной установки, при этом печатная плата (ПП) или мультислой с прямо присоединенной медью (МППМ) содержит электрические соединители для обеспечения электрического соединения печатной платы (ПП) или мультислоя с прямо присоединенной медью (МППМ) охлаждающего устройства с дополнительной печатной платой (ПП) или мультислоем с прямо присоединенной медью (МППМ) дополнительного охлаждающего устройства при разъединяемом межсоединении между охлаждающим устройством и дополнительным охлаждающим устройством.
Соединительный элемент и компоновка первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента обеспечивают возможность упрощенной масштабируемости лазерных систем, содержащих такие охлаждающие устройства.
Кроме того, предложен способ изготовления лазерной системы, при этом способ содержит этапы, на которых:
- обеспечивают по меньшей мере первое и второе охлаждающие устройства, описанные выше;
- устанавливают лазерные установки, закрепляемые на монтажных площадках;
- соединяют с возможностью разъединения первое и второе охлаждающие устройства посредством соединительного элемента и электрических соединителей первого и второго охлаждающих устройств;
- обеспечивают заднюю пластину;
- соединяют с возможностью разъединения заднюю пластину с первым охлаждающим устройством;
- обеспечивают переднюю пластину, содержащую первый соединитель и второй соединитель для подачи хладагента; и
- соединяют с возможностью разъединения переднюю пластину со вторым охлаждающим устройством.
Способ позволяет создавать масштабируемую лазерную систему при пониженных требованиях к материалу, используемому для опорной плиты, поскольку опорная плита не используется как водораспределительная пластина. В дополнение к этому легкое выравнивание охлаждающих устройств и поэтому лазерных установок можно обеспечить сначала соединением охлаждающих устройств и затем присоединением опорной плиты. В опорной плите нет необходимости в высокоточных просверленных отверстиях.
Следует понимать, что охлаждающее устройство по пункту 1 и способ по пункту 14 имеют аналогичные и/или идентичные варианты осуществления, в частности, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения. Кроме того, следует понимать, что лазерная система по пункту 8 и способ по пункту 14 имеют аналогичные и/или идентичные варианты осуществления, в частности, определенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
Следует понимать, что предпочтительный вариант осуществления изобретения также может быть любым сочетанием зависимых пунктов формулы изобретения с соответствующим независимым пунктом формулы изобретения.
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления определены ниже.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными при обращении к вариантам осуществления, описанным ниже.
Теперь только для примера изобретение будет описано на основании вариантов осуществления с обращением к сопровождающим чертежам.
На чертежах:
фиг. 1 - первый перспективный вид охлаждающего устройства согласно варианту осуществления;
фиг. 2 - второй перспективный вид охлаждающего устройства согласно варианту осуществления;
фиг. 3 - вид охлаждающего устройства согласно варианту осуществления в сечении, перпендикулярном продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента;
фиг. 4 - иллюстрация первого этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 5 - вид задней пластины согласно варианту осуществления для лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 6 - иллюстрация второго этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 7 - иллюстрация третьего этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 8 - вид передней пластины согласно варианту осуществления для лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 9 - иллюстрация четвертого этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 10 - иллюстрация пятого этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 11 - иллюстрация шестого этапа изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления;
фиг. 12 - принципиальное схематическое представление способа изготовления охлаждающего устройства; и
фиг. 13 - принципиальное схематическое представление способа изготовления лазерной системы.
Чертежи необязательно выполнены в масштабе.
Подробное описание вариантов осуществления
Теперь различные варианты осуществления изобретения будут описаны с помощью чертежей.
На фиг. 1 показан первый перспективный вид охлаждающего устройства согласно варианту осуществления. Верхняя поверхность охлаждающего устройства 100, которая будет выполнять функцию монтажной площадки 105 для сборочных узлов, может быть покрыта, например, Au. Кроме того, для обеспечения лучшего размещения сборочных узлов эта поверхность может быть структурирована, например, путем лазерного структурирования.
Рядом с монтажной площадкой 105 предусмотрены участки с выемками, на которых могут быть установлены электроизоляционные печатные платы или расположены мультислои с прямо присоединенной медью. Они выполняют функцию интерфейса, в котором на одной стороне могут подключаться внешние электрические линии, на другой стороне могут быть закреплены соединительные проводники, которые подключаются к лазерным установкам, подобным кристаллам лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором (выемки будут минимизировать разность высот, которую имеют соединительные проводники относительно перемычек между кристаллами лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором и печатной платой/мультислоем с прямо присоединенной медью). 4 сквозных отверстия 120 подачи электроэнергии в углах участков с выемками обеспечивают проходы, продолжающиеся от верхней части вблизи монтажной площадки 105 через охлаждающее устройство 100. Внешние электрические линии могут быть протянуты через сквозные отверстия 120 подачи электроэнергии, позволяя осуществлять индивидуальное возбуждение каждой лазерной установки с помощью центрального возбудителя (непоказанного). Количество сквозных отверстий 120 подачи электроэнергии может быть согласовано с количеством индивидуально адресуемых кристаллов лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором или матриц лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором.
На фиг. 3 показано сечение охлаждающего устройства 100 с изображением внутренних соединений хладагента охлаждающего устройства 100. Хладагент (обычно вода) подается в охлаждающий объем 140, выполненный в виде микроканального объема (расположенного под монтажной площадкой 105), через посредство первого сквозного отверстия 110 подачи хладагента и второго сквозного отверстия 111 подачи хладагента при посредстве впуска 150 хладагента и при посредстве выпуска 145 хладагента.
В нижней части охлаждающего устройства 100 можно видеть прямоугольные выступы 125. Они прочно соединены с охлаждающим устройством 100 и позволяют выполнить механическое закрепление охлаждающего устройства 100 на опорной плите (см. фигуры 4, 6, 7, 9, 10 и 11). При перемещении общей подачи хладагента к сторонам охлаждающего устройства 100 ослабляются требования относительно механической устойчивости этого соединения по сравнению с известными конструкциями. В известных конструкциях подача воды проходит через нижнюю часть охладителя. Соединения герметизированы с использованием уплотнительных колец. Поэтому механизм блокировки утечки не только механически фиксирует охлаждающее устройство 100, но в то же самое время также создает достаточное сжатие уплотнительных колец, чтобы герметизировать эти соединения для воды.
В центральной части на фиг. 1 можно видеть паз 115. Этот паз 115 представляет собой выемку на первой стороне корпуса охлаждающего устройства 100, при этом по глубине выемка ориентирована или продолжается параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий 110, 111 подачи хладагента. Паз 115 выполняет функцию соединительного элемента, предназначенного для регулирования положений соседних или смежных охлаждающих устройств 100 относительно друг друга.
На фиг. 2 показан второй перспективный вид охлаждающего устройства согласно варианту осуществления. На второй стороне корпуса охлаждающего устройства 100 можно видеть ключ 130, продолжающийся параллельно продолжению первого и второго сквозных отверстий 110, 111 подачи хладагента. Ключ 130 представляет собой ответную часть для паза 115 в смежном охлаждающем устройстве. Конечно, эту систему «паз и ключ» можно реализовывать различными способами, например, при использовании установочных штифтов и отверстий. Кроме того, на фиг. 2 еще раз показано, каким образом общая подача хладагента (при соединении с соседними охлаждающими устройствами 100) реализуется через сквозные отверстия 110, 111 подачи хладагента. Прокладки 135 могут быть предусмотрены между первым и вторым сквозными отверстиями 110, 111 подачи хладагента смежных охлаждающих устройств 100. Прокладки 135 могут быть расположены таким способом, при котором улучшаются соединение и выравнивание смежных охлаждающих устройств. Охлаждающее устройство 100, описанное выше, в принципе можно реализовать при использовании существующей технологии непосредственного присоединения набора (индивидуально структурированных) Cu-пластин. Однако по экономическим и механическим соображениям может быть более целесообразно сочетать технологию присоединяемых Cu-пластин для верхней (микроканальной) части охлаждающего устройства 100 с объемными Cu-компонентами, чтобы создать общую подачу хладагента посредством сквозных отверстий 110, 111 подачи хладагента, и выступами 125 для закрепления охлаждающих устройств в нижней части охлаждающего устройства 100.
На фиг. 3 охлаждающее устройство согласно варианту осуществления показано в сечении, перпендикулярном к продолжению первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента. Сетчатый участок в верхней части охлаждающего устройства 100 на фиг. 3 представляет собой охлаждающий объем 140, в котором расположены микроканалы, обеспечивающие высокую теплопередачу от кристаллов лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором к хладагенту. В нижней части можно видеть сквозные отверстия 110, 111 подачи хладагента, предназначенные для общей подачи воды. От этих сквозных отверстий проходят один или несколько впусков 150 хладагента и выпусков 145 хладагента (перпендикулярно оси сквозных отверстий) для соединения индивидуального микроканального объема 140 каждого охлаждающего устройства 100 с общей подачей хладагента.
На последующих чертежах будет показано, каким образом эту концепцию охлаждающего устройства 100 можно использовать для построения реальных лазерных систем, подобных очень мощным системам лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором. На фигуре 4 показан первый или промежуточный этап сборки такой системы. Задняя пластина 205, показанная на фиг. 5 (потенциально имеющая установочный паз 207, согласованный с ключом 130 смежного охлаждающего устройства 100), прикреплена к опорной плите 210 (с длинными прорезями 215 для прокладки внешних электрических линий). Опорная плита 210 и прикрепление задней пластины к опорной плите 210 являются только вариантом. Заднюю пластину 205 можно помещать на любую плиту и прикреплять к одному или нескольким охлаждающим устройствам. На последующем этапе первое охлаждающее устройство 100 продвигают к этой задней пластине 205 (она может удерживаться некоторым промежуточным средством, например, простым зажимом). Конечно, устья сквозных отверстий 110, 111 подачи хладагента должны быть герметизированы относительно задней пластины 205, например, с помощью уплотнительных колец.
На фиг. 6 показан второй промежуточный этап изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления. Кроме того, уплотнительные кольца или альтернативные средства должны быть предусмотрены между всеми соседними охлаждающими устройствами 100, которые теперь могут быть расположены в любом произвольном количестве после первого охлаждающего устройства 100. На фиг. 6 показан пример с двумя дополнительными охлаждающими устройствами 100s.
На фиг. 7 показан третий промежуточный этап изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления. Для окончательного удержания/закрепления этих охлаждающих устройств 100s на месте две боковые пластины 220 помещены на выступы 125 по сторонам охлаждающих устройств 100. Эти боковые пластины 220 могут быть привинчены к задней пластине 205 (например, через прорези/отверстия для исключения нарушения закрепления). При желании боковые пластины 220 также можно, например, привинчивать к опорной плите 210 за пределами охлаждающего устройства 100. Последнее может повысить устойчивость.
На фиг. 8 показана передняя пластина лазерной системы согласно варианту осуществления. Передняя пластина содержит необязательный установочный ключ 227 и первый и второй соединители 228, 229 для соединения подачи хладагента с первым и вторым сквозными отверстиями 110, 111 подачи хладагента. Первый и второй соединители показаны в виде трубок, но в ином случае они могут быть, например, отверстиями в передней панели 225.
На фиг. 9 показан четвертый и при желании последний этап изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления. В заключение передней панелью 225 закрывают охлаждающие устройства 100. И в этом случае имеются уплотнительные кольца для герметизации первого и второго сквозных отверстий подачи хладагента. На передней пластине 225 предусмотрены трубки в качестве первого и второго соединителей 228, 229 для соединения с внешней подачей хладагента (например, со шлангами или системой трубопроводов). Для гарантии хорошего выравнивания передней пластины 225 она может содержать ответную часть (то есть, установочный ключ 227) для паза в последнем охлаждающем устройстве 100. Ее можно прикреплять на различных местах, например, к опорной плите 210 или боковым пластинам 220 или даже, при использовании очень длинных винтов и дополнительных сквозных отверстий в охлаждающем устройстве 100, к задней пластине 205. В частности, этот последний вариант будет обеспечивать достаточное прижатие уплотнительных колец с получением хорошей герметизации линий хладагента. Из фиг. 9 ясно, что основные элементы лазерной системы представляют собой связанные охлаждающие устройства 100, содержащие лазерные установки. Переднюю пластину 225 и заднюю пластину 205 охлаждающих устройств 100 можно присоединять с помощью соединительной структуры, подобной длинным винтам, продолжающимся через дополнительные сквозные отверстия. Одну сторону соединенных первого и второго сквозных отверстий 110, 111 подачи хладагента можно закрыть пробками, а внешнюю подачу хладагента можно соединить с другой стороной лазерной системы. Опорная плита 210 и боковые пластины 220 могут повышать выравнивание и надежность лазерной системы, но это необязательно.
На фиг. 10 показан пятый необязательный этап изготовления лазерной системы согласно варианту осуществления. При многих применениях лазеры из лазерных установок или более конкретно, кристаллы лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором на охлаждающих устройствах 100 должны быть покрыты/защищены от окружающей среды подходящим верхним покровным стеклом 230. Иногда охлаждающее устройство 100 должно быть еще воздухонепроницаемым, чтобы исключать конденсацию воды, когда температура хладагента ниже точки росы в конкретной среде. Поэтому при надлежащем расчете высоты передней пластины 225, боковых пластин 220 и задних пластин 205 можно непосредственно устанавливать верхнее покровное стекло 230 поверх сборки. Если требуется воздухонепроницаемость, уплотнительное кольцо можно использовать между верхом пластин и верхним покровным стеклом 230. И в этом случае, как показано на фиг. 11, для удержания верхнего покровного стекла 230 на месте можно использовать зажимную технологию. В зависимости от применения верхняя рама 235 может быть покрыта, например, Au. Верхняя рама 235 может быть привинчена к передней пластине 225, боковым пластинам 220 и задней пластине 205 (если они достаточно толстые) или даже к опорной плите 210 (длинными винтами).
Поскольку большая часть деталей, описанных выше, не входит в контакт с контуром циркуляции хладагента, требования к материалам являются намного менее строгими, чем в принятых в настоящее время решениях. Большая часть деталей может быть изготовлена из (легкого в обработке) Al. Даже для пластин, которые потенциально имеют контакт с хладагентом (то есть, для передней и задней пластин), можно исключить этот контакт (например, путем использования зажимных приспособлений в передней пластине, которые проходят сквозь эту пластину, или путем использования всего лишь небольших тонких деталей из стали 4VA в областях, где хладагент соприкасается с задней пластиной).
Изготовление и сборка описанных деталей будут намного легче и проще, чем общепринятых водораспределительных пластин. Кроме того, облегчается наращивание охлаждающих устройств 100 до различного количества, поскольку только опорная плита 210 и боковые пластины 220 должны иметь другую длину (если вообще должны), тогда как (немного более сложные) передняя пластина 225 и задняя пластина 205 остаются теми же самыми. В свою очередь, это также способствует экономии от масштаба, поскольку по существу при любом применении можно использовать одни и те же переднюю пластину 225 и заднюю пластину 205.
На фиг. 12 показано принципиальное схематическое представление способа изготовления охлаждающего устройства, предназначенного для охлаждения лазерной установки. На этапе 300 обеспечивают монтажную площадку 105 для лазерной установки. На этапе 310 обеспечивают охлаждающий объем 140, содержащий охлаждающие каналы, выполненные с возможностью охлаждения монтажной площадки 105. На этапе 320 обеспечивают впуск 150 хладагента и выпуск 145 хладагента, соединенные с охлаждающими каналами охлаждающего объема 140. На этапе 330 обеспечивают первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента, соединенное с впуском 150 хладагента. На этапе 340 обеспечивают второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента, соединенное с выпуском 145 хладагента, так что хладагент может подаваться в охлаждающий объем через первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента и второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента. На этапе 350 обеспечивают по меньшей мере один соединительный элемент 115, 130, 135, позволяющий выполнить разъединяемое межсоединение со вторым охлаждающим устройством, так что при межсоединении охлаждающего устройства 100 со вторым охлаждающим устройством первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента охлаждающего устройства 100 соединено с первым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства и второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента охлаждающего устройства 100 соединено со вторым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства.
На фиг. 13 показано принципиальное схематическое представление способа изготовления лазерной системы. На этапе 400 обеспечивают по меньшей мере два охлаждающих устройства 100 для охлаждения лазерных установок. Охлаждающие устройства 100 содержат монтажные площадки 105 для лазерных установок, охлаждающий объем 140, содержащий охлаждающие каналы, выполненные с возможностью охлаждения монтажной площадки 105, впуск 150 хладагента и выпуск 145 хладагента, соединенные с охлаждающими каналами охлаждающего объема 140, первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента, соединенное с впуском 150 хладагента, второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента, соединенное с выпуском 145 хладагента. Кроме того, охлаждающие устройства содержат по меньшей мере один соединительный элемент 115, 130, 135, позволяющий выполнить разъединяемое межсоединение двух охлаждающих устройств 100, так что при межсоединении охлаждающих устройств 100 первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента первого охлаждающего устройства 100 соединено с первым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства и второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента первого охлаждающего устройства 100 соединено со вторым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства, при этом охлаждающие устройства 100 расположены таким образом, что хладагент может подаваться в охлаждающий объем через первое сквозное отверстие 110 подачи хладагента и второе сквозное отверстие 111 подачи хладагента. На этапе 410 на монтажные площадки 105 устанавливают лазерные установки. На этапе 420 по меньшей мере два охлаждающих устройства 100 соединяют с возможностью разъединения с помощью соединительного элемента 115, 130, 135. На этапе 430 обеспечивают заднюю пластину 205 и на этапе 440 заднюю пластину 205 соединяют с возможностью разъединения с первым охлаждающим устройством 100. На этапе 450 обеспечивают переднюю пластину 225, содержащую первый соединитель 228 и второй соединитель 229 для подачи хладагента. На этапе 460 переднюю пластину 225 соединяют с возможностью разъединения со вторым охлаждающим устройством 100 с помощью соединительного элемента 115, 130, 135 второго охлаждающего устройства 100.
Хотя изобретение было детально показано на чертежах и подробно изложено в приведенном выше описании, такие показ и изложение следует считать иллюстративными или примерными, а не ограничивающими.
После прочтения настоящего раскрытия другие модификации станут очевидными для специалистов в данной области техники. Такие модификации могут включать в себя другие признаки, которые уже известны в данной области техники и которые могут использоваться вместо признаков, уже описанных в этой заявке, или в дополнение к ним.
Изменения к раскрытым вариантам осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в данной области техники на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов и использование единственного числа не исключает наличия множества элементов или этапов. Сам факт перечисления некоторых признаков во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения не означает, что сочетание этих признаков нельзя использовать с достижением преимущества.
Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны толковаться как ограничивающие объем ее.
Перечень ссылочных позиций
100 - охлаждающее устройство;
105 - монтажная площадка;
110 - первое сквозное отверстие подачи хладагента;
111 - второе сквозное отверстие подачи хладагента;
115 - паз;
120 - сквозное отверстие подачи электроэнергии;
125 - выступ;
130 - ключ;
135 - прокладка;
140 - охлаждающий объем;
145 - выпуск хладагента;
150 - впуск хладагента;
205 - задняя пластина;
207 - установочный паз;
210 - опорная плита;
215 - прорезь;
220 - боковая пластина;
222 - вырез;
225 - передняя пластина;
227 - установочный ключ;
228 - первый соединитель;
229 - второй соединитель;
230 - верхнее покровное стекло;
235 - верхняя рама;
300 - этап образования монтажной площадки для лазерной установки;
310 - этап образования охлаждающего объема, содержащего охлаждающие каналы, выполненные с возможностью охлаждения монтажной площадки;
320 - этап образования впуска хладагента и выпуска хладагента, соединенных с охлаждающими каналами охлаждающего объема;
330 - этап образования первого сквозного отверстия подачи хладагента, соединенного с впуском хладагента;
340 - этап образования второго сквозного отверстия подачи хладагента, соединенного с выпуском хладагента, так что хладагент может быть подан в охлаждающий объем через посредство первого сквозного отверстия подачи хладагента и второго сквозного отверстия подачи хладагента;
350 - этап образования по меньшей мере одного соединительного элемента, позволяющего выполнить разъединяемое межсоединение со вторым охлаждающим устройство, так что при межсоединении охлаждающего устройства со вторым охлаждающим устройством первое сквозное отверстие подачи хладагента охлаждающего устройства соединено с первым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства и второе сквозное отверстие подачи хладагента охлаждающего устройства соединено со вторым сквозным отверстием подачи хладагента второго охлаждающего устройства;
400 - образование по меньшей мере двух охлаждающих устройств;
410 - установка лазерных установок, закрепляемых на монтажных площадках;
420 - соединение с возможностью разъединения по меньшей мере двух охлаждающих устройств, соединяемых с помощью соединительного элемента;
430 - образование задней пластины;
440 - соединение с возможностью разъединения задней пластины с первым охлаждающим устройством с помощью соединительного элемента первого охлаждающего устройства;
450 - образование передней пластины, содержащей первый соединитель и второй соединитель для подачи хладагента;
460 - соединение с возможностью разъединения передней пластины со вторым охлаждающим устройством с помощью соединительного элемента второго охлаждающего устройства.