带散热结构的激光器和激光雷达的制作方法

本技术涉及激光雷达，尤其涉及一种带散热结构的激光器和激光雷达。

背景技术：

1、激光具有方向性强、能量集中和亮度高等特点，激光器作为能够发射激光的装置，在各个领域都得到了广泛的应用。

2、随着激光行业的飞速发展，激光器的输出功率也越来越高，从而导致激光器的整体发热量也随之升高。而通常激光器在工作时，输入的电能只有一部分能量能够转化为激光输出，还有一部分不可忽视的能量转化成热能的形式，如果这些热量不及时传递出去，将对激光的光束质量以及输出功率都造成很大的影响。因此，散热对于激光器来说至关重要。

3、目前，激光器的散热方案主要分为接触式风冷散热和接触式水冷散热两大类。

技术实现思路

1、本技术要解决的技术问题

2、风冷散热是以气体作为传热介质，在激光器装置内安装风扇，通过风扇的高速转动，强制气体快速流动，带走激光器工作时产生的热量，以实现对激光器的散热。然而，风冷散热的工作效率较低并且使用寿命短。同时，在风扇转动时，不可避免的会将风扇转动产生的振动加载到激光器上，从而造成激光器发射激光的指向稳定性波动，影响到激光器的可靠性。因此，在设计时需要考虑到对风扇进行隔振处理，增加了激光器的制造难度，提高了生产成本。

3、水冷散热是以水作为传热介质。采用水冷散热通常需要配置有水冷机，而水冷机的体积通常较大。激光器的功率越大所需的水冷机的制冷量也越大，从而导致水冷机的体积也越大，进而导致激光器系统的整体重量和体积过大。当需要野外作业或在有限空间使用激光器时，体积过大会制约激光器的使用。

4、有鉴于此，本技术实施例提供了一种带散热结构的激光器和激光雷达，从而能够通过简单并且较小的结构实现激光器的高效散热。

5、用于解决技术问题的手段

6、为了满足上述目的，本技术实施例提供了如下技术手段。

7、本技术实施例的一个方面提供了一种带散热结构的激光器，所述激光器包括：激光器组件，构成为发出激光束；吸热模块，在所述吸热模块内形成有作为密闭空间的容置槽，所述容置槽内填充有相变材料，所述激光器组件与所述吸热模块相互抵接；和多个肋片，多个所述肋片固定在所述容置槽内且浸在所述相变材料中，各所述肋片具有随着远离所述激光器组件侧而分支的分形树状结构。

8、根据上述方案，激光器包括吸热模块，并且吸热模块的容置槽内填充有相变材料。用于发射激光的激光器组件与吸热模块相互抵接，当激光器处于工作状态，激光器组件发射激光并且产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块，吸热模块内的相变材料会吸热升温发生物态转换，快速地吸收激光器产生的热量，延缓激光器组件的瞬态温升，避免瞬态温升至过高温度，防止由于局部温度过高而对激光器内部的零部件造成损坏，满足激光器的散热需求。由于激光器组件的瞬态温升得到了有效的控制，从而不会影响到激光的光束质量以及输出功率，提高了激光器的可靠性。由于吸热模块是密闭的，因此吸热模块内填充的相变材料不会泄漏到吸热模块外部。

9、另外，吸热模块中设置有多个具有分形树状结构的肋片，肋片浸没在相变材料中，从而能够加速传递至吸热模块的热量向相变材料的传递，更具体而言，能够使激光器通过抵接面传递到吸热模块中的热量通过肋片迅速地传递到距离抵接面相对较远位置的相变材料，避免热量集中于局部相变材料，使得吸热模块中的相变材料能够均匀地发生物态转换以吸收热量，避免局部相变材料吸热不足，从而能够提高吸热模块整体的吸热速率，进一步确保高效的热传递。

10、在一些实施例中，所述分形树状结构包括至少一个由一个主肋片和两个子肋片构成为“y”字形的基本单元，所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸。

11、根据上述方案，肋片的分形树状结构由“y”字形的基本单元构成，这种基本单元结构简单，易于制作，同时具有良好的稳定性和热传导性，能够在保障传热效率的同时，简化结构，节约成本。同时，还不会占用过多吸热模块的空间，便于激光器的小型化和集成化。“y”字形的二分叉结构能够提高热量沿着肋片传递的效率。

12、在一些实施例中，所述分形树状结构构成为第一分形树状结构或者第二分形树状结构，其中，所述第一分形树状结构包括一个所述基本单元，所述第二分形树状结构包括多个所述基本单元。

13、吸热模块中可以同时具有第一分形树状结构和第二分形树状结构，也可以只具有第一分形树状结构或者只具有第二分形树装结构。第二分形树状结构包括多个基本单元，基本单元的数量越多，肋片的比表面积越大，传热效率越好。

14、在一些实施例中，在所述第二分形树状结构中，其中一个所述基本单元的两个所述子肋片的一端与所述主肋片连接，并且该两个所述子肋片的另一端以形成规定夹角的方式朝着逐渐远离的方向延伸；该一个所述基本单元的每个所述子肋片作为相邻的下一个所述基本单元的所述主肋片。

15、根据上述方案，一个基本单元中的两个子肋片以规定的夹角朝着逐渐远离的方向延伸，能够为肋片带来更大的散热面积，从而能够提高吸热模块的传热效率。另外，第二分形树状结构能够具有多个基本单元，从而能够进一步提高吸热模块的传热效率。

16、在一些实施例中，多个所述肋片包括至少一个具有所述第一分形树状结构的第一肋片以及至少一个具有所述第二分形树状结构的第二肋片，各所述第一肋片构成为具有相同的形状和尺寸，各所述第二肋片构成为具有相同的形状和尺寸，所述第一肋片和所述第二肋片沿着第一方向交替配置，沿着所述第一方向，相邻的肋片之间的间隔距离相同。

17、根据上述方案，吸热模块中存在多个肋片，并且相邻的肋片之间的间隔距离相同，这样能够使得热量在吸热模块内分布的更加均匀，从而能够更好的被吸热模块内的相变材料吸收以及散出。相邻的肋片之间存在间隔空隙，能够提高相变材料与肋片表面之间的综合换热系数。另外，两种分形树状结构交替配置的方式能够更加充分地利用吸热模块内容置槽的空间。

18、在一些实施例中，若将分形树状结构中的、靠近所述激光器组件侧的分支点称为k级节点，将沿着远离所述激光器组件侧的方向而与所述k级节点相邻的分支点称为k+1级节点，则多个所述肋片中的各所述k级节点沿着所述第一方向位于作为第一高度位置的同一高度位置，各k+1级节点沿着所述第一方向位于不同于所述第一高度的另一同一高度位置，即第二高度位置。

19、在一些实施例中，在同级节点处，各个肋片中的由两个所述子肋片形成的规定夹角相同。

20、根据上述方案，每个肋片的k级节点沿第一方向的高度相同，每个肋片的k+1级节点沿第一方向的高度也相同，即，每个肋片同级的分支点沿第一方向的高度位置均相同。同时，每个肋片中由两个子肋片形成的规定夹角的角度相同。这样能够实现传热的均匀性，进一步提高了吸热模块的吸热效果。

21、在一些实施例中，所述吸热模块包括底壁、侧壁以及顶壁，所述底壁、侧壁以及顶壁围设形成所述容置槽；多个所述肋片一体地设于所述底壁，且各所述肋片沿着第二方向延伸设置并且相对于所述底壁沿第一方向朝向所述顶壁立起设置。

22、吸热模块由底壁、侧壁以及顶壁围设形成，如此能够形成密闭的空间，从而能够有效的防止吸热模块内的相变材料的泄漏。肋片一体地设于底壁，不需要在对肋片进行单独的机械加工，提高了生产效率，降低了生产成本，同时还减少了构件的数量，降低了装配的难度。

23、在一些实施例中，所述激光器还包括导热片，构成为使热量沿着所述导热片的面方向传导，所述导热片覆盖所述激光器组件的至少一侧外表面，和/或，所述导热片覆盖所述吸热模块的至少一侧外表面。

24、根据上述方案，导热片可以覆盖在激光器组件外表面，加速激光器组件上热量的散开，避免由于局部温度过高而对激光器组件造成损坏。导热片还可以覆盖在吸热模块的外表面，同样加速传递至吸热模块中的热量的散开，使得吸热模块能够更好的吸收热量以及排出热量。导热片还可以同时覆盖在激光器组件和吸热模块的外表面，加速激光器组件产生的热量向导热模块的传递，加快激光器组件的散热。

25、在一些实施例中，所述导热片为石墨导热片，所述导热片构成为l字形或u字形并且覆盖在由所述激光器组件和所述吸热模块抵接而成的结构体的部分外表面。

26、石墨具有优异的导热性，可以加速激光器组件产生的热量向吸热模块的传递，如此，能够实现激光器组件快速地散热。另外，石墨制成的导热片非常轻薄，可以在不过多影响激光器装置整体体积的情况下，进一步提高激光器组件的散热效果，便于装置的小型化和集成化。

27、在一些实施例中，所述导热片上设有供线缆穿过的贯穿孔。

28、激光器组件可能会需要通过线缆与外部的装置进行光学耦合或者需要通过光纤向外部发射激光，因此，导热片上设置有供线缆穿过的贯穿孔。

29、在一些实施例中，所述激光器组件和所述吸热模块的接触区域填充有导热界面材料；所述肋片为金属制构件，且所述肋片的导热系数高于所述相变材料的导热系数。

30、通过填充导热界面材料能够提高抵接面的可靠接触程度，进而提高基于面接触的热传递效率。由于激光器组件与吸热模块的接触区域填充有导热界面材料，因此，激光器组件散发出的热量可以经由导热界面材料高效地传递至吸热模块，并被吸热模块吸收，以实现激光器组件更好的散热。

31、另外，容置槽内的肋片为金属制构件，导热性能良好，并且肋片的导热系数高于相变材料的导热系数，如此，能够将热量更快地传递至距离抵接面较远位置处的相变材料，使得吸热模块2内的相变材料均能发生物态转换，提高吸热模块整体的均温性，从而能够进一步提高吸热模块的吸热能力，进一步确保高效的热传递。

32、在一些实施例中，所述相变材料选自烷烃、液态金属、石蜡、脂肪酸或是其他有机或无机相变材料。

33、本技术实施例的另一方面提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：根据上述实施例中任一项所述的激光器；发射装置，构成为将所述激光器发出的激光束向规定的区域射出；和接收装置，构成为接收从所述规定的区域反射回的激光束。

34、由此，能够通过发射装置向探测区域发射激光光束，并且通过接收装置接收从探测区域反射回来的光束来测量探测区域中的目标对象的位置、速度等信息。由于激光器的瞬态温升得到了有效的控制，并且稳态散热能力得到了加强，使得搭载有激光器的激光雷达能够始终保持良好的性能，进而能够保障激光雷达的探测精度和探测结果的可靠性。

35、本技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

36、本技术实施例的激光器具有吸热模块，吸热模块中填充有相变材料，并且吸热模块中设置有多个肋片。激光器组件与吸热模块相互抵接，如此，当激光器处于工作状态，激光器组件产生热量时，热量会通过抵接面传递至吸热模块，吸热模块中的相变材料受热升温会发生物态转换，并且在物态转换的过程中会快速地吸收热量，延缓激光器组件的瞬态温升。另外，吸热模块中的肋片能够加速热量向相变材料的传递，使得热量不会始终积聚在抵接面处，并且使得吸热模块中的相变材料能够均匀地物态转换吸收热量，提高了吸热模块整体的均温性，从而能够进一步的提高激光器组件的散热能力，从而能够有效的防止由于温度过高而对激光器的性能造成的影响，保障激光器发出的激光的光束质量以及输出功率。