一種用于端泵激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法
【專利摘要】一種用于端泵激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法，涉及一種激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法。為了高效散除端泵激光晶體中沉積的廢熱，提高端泵激光器的輸出功率和光束質(zhì)量。兩塊金屬熱沉由金屬塊和長方形金屬板組成，金屬塊與長方形金屬板制為一體，金屬水平板上設(shè)有凹槽，金屬塊上加工有散熱通孔，金屬塊的散熱通孔與螺紋直通快速接頭旋合連接；兩個(gè)長方形金屬板相貼緊設(shè)置，兩個(gè)凹槽正對設(shè)置組成晶體安置槽，每兩個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的連接孔內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件，兩塊金屬熱沉通過兩組具有彈性的螺栓連接組件緊固連接。將包裹銀箔的激光晶體放置在金屬熱沉的凹槽內(nèi)，兩個(gè)金屬熱沉扣合用具有彈性的螺栓連接組件緊固連接。
【專利說明】一種用于端泵激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法，尤其涉及一種用于端泵(即端面泵浦簡稱)激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法。

【背景技術(shù)】
[0002]盡管半導(dǎo)體泵浦的固體激光器可實(shí)現(xiàn)泵浦波長與吸收波長的匹配和振蕩光與泵浦光的模式匹配，相對于傳統(tǒng)閃光燈泵浦的固體激光器而言大大降低了熱效應(yīng)的影響，但隨著泵浦功率的進(jìn)一步提高，激光晶體加劇的熱效應(yīng)對激光器性能的影響愈顯突出，熱效應(yīng)問題已成為限制半導(dǎo)體泵浦的固體激光器向高功率、高光束質(zhì)量發(fā)展的一個(gè)重要制約因素。尤其是在端面泵浦的固體激光器中，泵浦光的吸收集中在靠近晶體軸很小的體積內(nèi)，使晶體軸中心區(qū)散熱困難，此時(shí)激光晶體具有更為嚴(yán)重的熱效應(yīng)，高功率泵浦時(shí)嚴(yán)重影響諧振腔的穩(wěn)定性和激光器的輸出性能，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致激光晶體的破裂。因此，為了能有效的提高端泵激光器的輸出功率和光束質(zhì)量，必須要采取有效的散熱措施降低激光晶體中產(chǎn)生的廢熱。而目前常用的激光晶體的散熱裝置通常采用風(fēng)冷或熱電制冷方式，一般只適合于泵浦功率在幾十瓦范圍內(nèi)的端泵激光器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了高效散除端泵激光晶體中沉積的廢熱，進(jìn)一步提高端泵激光器的輸出功率和光束質(zhì)量，提供了一種用于端泵激光晶體的散熱裝置及激光晶體的夾持方法。
[0004]本發(fā)明提出的散熱裝置可用于泵浦功率在百瓦以上的端泵激光器中。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采取的技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，它包括兩塊金屬熱沉、兩組具有彈性的螺栓連接組件和四個(gè)螺紋直通快速接頭；
[0007]所述的兩塊金屬熱沉均由金屬塊和長方形金屬板組成，所述的金屬塊設(shè)置于長方形金屬板一側(cè)板面的中部且二者制為一體，金屬塊的厚度方向與長方形金屬板的寬度方向相一致設(shè)置；金屬水平板的另一側(cè)板面的中部設(shè)有凹槽，所述的凹槽貫通長方形金屬板的板寬設(shè)置；每個(gè)長方形金屬板靠近兩端處分別加工一個(gè)連接孔；每個(gè)金屬塊上加工有一散熱通孔(用于流通散熱液體)，所述的散熱通孔的中心線平行于長方形金屬板的長度方向設(shè)置，散熱通孔的兩端分別加工有一段內(nèi)螺紋，每個(gè)金屬塊的散熱通孔兩端各與一個(gè)螺紋直通快速接頭旋合連接；兩塊金屬熱沉的兩個(gè)長方形金屬板相貼緊設(shè)置，且兩塊金屬熱沉的兩個(gè)凹槽正對設(shè)置組成一個(gè)晶體安置槽，兩塊金屬熱沉的兩個(gè)長方形金屬板上的連接孔一一對應(yīng)設(shè)置，每兩個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的連接孔內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件，兩塊金屬熱沉通過兩組具有彈性的螺栓連接組件緊固連接。
[0008]一種采用用于端泵激光晶體的散熱裝置實(shí)現(xiàn)激光晶體的夾持方法，所述的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0009]步驟一、將塊狀激光晶體或棒狀激光晶體采用厚度為0.05臟的銀箔進(jìn)行包裹；
[0010]步驟二、用生料帶纏裹四個(gè)螺紋直通快速接頭帶有螺紋的一端，然后將每塊金屬熱沉的金屬塊的兩個(gè)散熱通孔的螺紋段與兩個(gè)螺紋直通快速接頭螺紋連接；
[0011]步驟三、將包裹銀箔的激光晶體放置在其中一塊金屬熱沉的凹槽內(nèi)，然后扣合上另一塊金屬熱沉，并使得兩塊金屬熱沉的兩個(gè)長方形金屬板的連接孔一一對應(yīng)；
[0012]步驟四、每個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的兩個(gè)連接孔內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件，兩塊金屬熱沉通過兩組具有彈性的螺栓連接組件緊固連接。
[0013]步驟五、每個(gè)螺紋直通快速接頭的另一端插入一外界水管，在外界壓力作用下，利用流通液體快速循環(huán)帶走沉積在金屬熱沉上的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對激光晶體的散熱。
[0014]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明的用于端泵激光晶體的散熱裝置，其可適用于泵浦功率百瓦以上的端泵激光器中，利用本發(fā)明的裝置和方法，金屬熱沉散熱效率是風(fēng)冷或熱電制冷方式的3倍以上。
[0016]2、本發(fā)明能高效散除端泵激光晶體中沉積的廢熱，顯著提高端泵激光器的輸出功率和光束質(zhì)量。例如在相同的實(shí)驗(yàn)條件下(泵浦功率501，晶體端面上的泵浦光斑直徑200 V 一，采用風(fēng)冷方式，激光晶體發(fā)生炸裂，而采用本發(fā)明的金屬散熱裝置，激光晶體安然無恙，且可輸出24.61的激光。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的用于端泵激光晶體的散熱裝置未組裝前的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的晶體安置槽用于放置塊狀激光晶體；
[0018]圖2是本發(fā)明的用于端泵激光晶體的散熱裝置未組裝前的結(jié)構(gòu)示意圖，其中的晶體安置槽用于放置圓棒狀激光晶體。
[0019]其中，墊片1、彈簧2、螺栓3、金屬熱沉4、散熱通孔5、凹槽6、螺紋直通快速接頭7、鎖緊螺母8、具有彈性的螺栓連接組件9、金屬塊10、長方形金屬板11、連接孔12。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0021]如圖1和圖2所示，一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，它包括兩塊金屬熱沉4、兩組具有彈性的螺栓連接組件9和四個(gè)螺紋直通快速接頭7 ；
[0022]所述的兩塊金屬熱沉4均由金屬塊10和長方形金屬板11組成，所述的金屬塊10設(shè)置于長方形金屬板11 一側(cè)板面的中部且二者制為一體，金屬塊10的厚度方向與長方形金屬板11的寬度方向相一致設(shè)置；金屬水平板11的另一側(cè)板面的中部設(shè)有凹槽6，所述的凹槽6貫通長方形金屬板11的板寬設(shè)置；每個(gè)長方形金屬板11靠近兩端處分別加工一個(gè)連接孔12 ；每個(gè)金屬塊10上加工有一散熱通孔5，用于流通散熱液體，所述的散熱通孔5的中心線平行于長方形金屬板11的長度方向設(shè)置，散熱通孔5的兩端分別加工有一段內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋長度一般選為4?8皿，每個(gè)金屬塊10的散熱通孔5兩端各與一個(gè)螺紋直通快速接頭7旋合連接；兩塊金屬熱沉4的兩個(gè)長方形金屬板11相貼緊設(shè)置，且兩塊金屬熱沉4的兩個(gè)凹槽6正對設(shè)置組成一個(gè)晶體安置槽，兩塊金屬熱沉4的兩個(gè)長方形金屬板11上的連接孔12 —一對應(yīng)設(shè)置，每兩個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的連接孔12內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件9，兩塊金屬熱沉4通過兩組具有彈性的螺栓連接組件9緊固連接。
[0023]即螺紋直通快速接頭7的一端帶有外螺紋并與金屬熱沉4的散熱通孔5的內(nèi)螺紋連接，螺紋直通快速接頭7的另一端與外界水管連接，并可實(shí)現(xiàn)快速插拔。通過選擇不同內(nèi)孔徑的螺紋直通快速接頭7，還可與不同外徑的外界水管快速連接。
[0024]螺紋直通快速接頭7為市場采購件。
[0025]進(jìn)一步的是:如圖1所示，所述的兩組具有彈性的螺栓連接組件9均包括彈簧2、墊片1、鎖緊螺母8和螺栓3 ；所述的彈簧2套設(shè)在螺栓3的頭部與墊片1之間，所述的兩塊金屬熱沉4通過與螺栓3旋合連接的鎖緊螺母8緊固連接。
[0026]如此設(shè)置的目的在于:在連接兩塊金屬熱沉4的過程中起到增大受力面積并使受力均勻的作用；同時(shí)，在彈簧2的彈性作用下，可防止放置在晶體安置槽中的激光晶體在兩塊金屬熱沉4的緊固連接過程中受力過大而碎裂。
[0027]進(jìn)一步的是:所述的兩塊金屬熱沉4的材料相同，并均為高熱導(dǎo)率的金屬材料。
[0028]如此設(shè)置的目的在于:保證上下兩塊金屬熱沉4的散熱效果一致，且單位溫度梯度(在1111長度內(nèi)溫度降低110在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面能傳遞更多的熱量。
[0029]優(yōu)選的是:所述的高熱導(dǎo)率的金屬材料為紫銅、銀或鋁。
[0030]如此設(shè)置的目的在于:所選的金屬材料較為常見且熱導(dǎo)率較高，相對經(jīng)濟(jì)，更容易加工成型。
[0031]進(jìn)一步的是:如圖1和圖2所不，設(shè)定所述的金屬塊10的厚度為X，所述的激光晶體長度為匕則X = 1+(1111111?2111111)。
[0032]如此設(shè)置的目的在于:激光晶體置于晶體安置槽居中位置后，激光晶體的兩個(gè)端面距金屬塊4寬度方向的兩個(gè)外表面分別有0.5^-1^的距離，這樣既可對激光晶體端面形成一定的散熱效果，還可防止激光晶體在安置過程中手指誤操作污染激光晶體端面。
[0033]進(jìn)一步的是:如圖1和圖2所示，設(shè)定所述的散熱通孔5的孔直徑為0，則0 =
0.6父?0.7X0
[0034]如此設(shè)置的目的在于:提高金屬熱沉4的散熱效果，保證散熱通孔5內(nèi)的流通液體可快速帶走激光晶體傳遞給金屬塊4的熱量。
[0035]進(jìn)一步的是:如圖1和圖2所示，所述的晶體安置槽的橫截面形狀為矩形或圓形。
[0036]如此設(shè)置的目的在于:橫截面為矩形的晶體安置槽用于放置塊狀激光晶體，橫截面為圓形的晶體安置槽用于放置棒狀激光晶體。在放置激光晶體前，需要用厚度0.05皿的銀笛包裹激光晶體。
[0037]如圖1和圖2所示，一種采用【具體實(shí)施方式】一至七任一實(shí)施方式所述的裝置激光晶體的夾持方法，所述的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0038]步驟一、將塊狀激光晶體或棒狀激光晶體采用厚度為0.05臟的銀箔進(jìn)行包裹；
[0039]步驟二、用生料帶纏裹四個(gè)螺紋直通快速接頭7帶有螺紋的一端，然后將每塊金屬熱沉4的金屬塊10的兩個(gè)散熱通孔5的螺紋段與兩個(gè)螺紋直通快速接頭7螺紋連接，生料帶可起到阻塞螺紋間隙，防止金屬熱沉4的散熱通孔5內(nèi)的液體流通時(shí)滲漏出來；
[0040]步驟三、將包裹銀箔的激光晶體放置在其中一塊金屬熱沉4的凹槽6內(nèi)，然后扣合上另一塊金屬熱沉4，并使得兩塊金屬熱沉4的兩個(gè)長方形金屬板11的連接孔12 —一對應(yīng)；
[0041]步驟四、每個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的兩個(gè)連接孔12內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件9，兩塊金屬熱沉4通過兩組具有彈性的螺栓連接組件9緊固連接。
[0042]步驟五、每個(gè)螺紋直通快速接頭7的另一端插入一外界水管，在外界壓力作用下，利用流通液體快速循環(huán)帶走沉積在金屬熱沉4上的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對激光晶體的散熱。
[0043]本實(shí)施方式中，通過改變外界壓力，還可進(jìn)一步提高散熱效果。
[0044]進(jìn)一步的是:如圖1和圖2所示，步驟四中，所述的兩組具有彈性的螺栓連接組件9均包括彈簧2、墊片1、鎖緊螺母8和螺栓3 ；將每個(gè)螺栓3依次穿入彈簧2和墊片1，并將螺栓3插入扣合的兩個(gè)金屬熱沉4的兩個(gè)相對應(yīng)的連接孔12中，所述的兩塊金屬熱沉4通過與螺栓3旋合連接的鎖緊螺母8緊固連接。
[0045]如此設(shè)置的目的在于:在連接兩塊金屬熱沉4的過程中起到增大受力面積并使受力均勻的作用；同時(shí)，在彈簧2的彈性作用下，可防止放置在晶體安置槽中的激光晶體在兩塊金屬熱沉4的緊固連接過程中受力過大而碎裂。
【權(quán)利要求】
1.一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:它包括兩塊金屬熱沉(4)、兩組具有彈性的螺栓連接組件(9)和四個(gè)螺紋直通快速接頭(7); 所述的兩塊金屬熱沉(4)均由金屬塊(10)和長方形金屬板(11)組成，所述的金屬塊(10)設(shè)置于長方形金屬板(11)一側(cè)板面的中部且二者制為一體，金屬塊(10)的厚度方向與長方形金屬板(11)的寬度方向相一致設(shè)置；金屬水平板(11)的另一側(cè)板面的中部設(shè)有凹槽(6)，所述的凹槽(6)貫通長方形金屬板(11)的板寬設(shè)置；每個(gè)長方形金屬板(11)靠近兩端處分別加工一個(gè)連接孔(12);每個(gè)金屬塊(10)上加工有一散熱通孔(5)，所述的散熱通孔(5)的中心線平行于長方形金屬板(11)的長度方向設(shè)置，散熱通孔(5)的兩端分別加工有一段內(nèi)螺紋，每個(gè)金屬塊(10)的散熱通孔(5)兩端各與一個(gè)螺紋直通快速接頭(7)旋合連接；兩塊金屬熱沉(4)的兩個(gè)長方形金屬板(11)相貼緊設(shè)置，且兩塊金屬熱沉(4)的兩個(gè)凹槽(6)正對設(shè)置組成一個(gè)晶體安置槽，兩塊金屬熱沉(4)的兩個(gè)長方形金屬板(11)上的連接孔(12)—一對應(yīng)設(shè)置，每兩個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的連接孔(12)內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件(9)，兩塊金屬熱沉(4)通過兩組具有彈性的螺栓連接組件(9)緊固連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:所述的兩塊金屬熱沉(4)的材料相同，并均為高熱導(dǎo)率的金屬材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:所述的高熱導(dǎo)率的金屬材料為紫銅、銀或鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:設(shè)定所述的金屬塊(10)的厚度為X，所述的激光晶體長度為L，則X = L+(Imm?2mm)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:設(shè)定所述的散熱通孔(5)的孔直徑為D，則D = 0.6X?0.7X。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:所述的晶體安置槽的橫截面形狀為矩形或圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一權(quán)利要求所述的一種用于端泵激光晶體的散熱裝置，其特征在于:所述的兩組具有彈性的螺栓連接組件(9)均包括彈簧(2)、墊片(I)、鎖緊螺母(8)和螺栓(3);所述的彈簧(2)套設(shè)在螺栓(3)的頭部與墊片(I)之間，所述的兩塊金屬熱沉(4)通過與螺栓(3)旋合連接的鎖緊螺母(8)緊固連接。
8.一種采用權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的裝置實(shí)現(xiàn)激光晶體的夾持方法，其特征在于:所述的方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、將塊狀激光晶體或棒狀激光晶體采用厚度為0.05mm的銀箔進(jìn)行包裹； 步驟二、用生料帶纏裹四個(gè)螺紋直通快速接頭(7)帶有螺紋的一端，然后將每塊金屬熱沉(4)的金屬塊(10)的兩個(gè)散熱通孔(5)的螺紋段與兩個(gè)螺紋直通快速接頭(7)螺紋連接； 步驟三、將包裹銀箔的激光晶體放置在其中一塊金屬熱沉(4)的凹槽(6)內(nèi)，然后扣合上另一塊金屬熱沉(4)，并使得兩塊金屬熱沉(4)的兩個(gè)長方形金屬板(11)的連接孔(12)——對應(yīng)； 步驟四、每個(gè)相對應(yīng)設(shè)置的兩個(gè)連接孔(12)內(nèi)穿入一組具有彈性的螺栓連接組件(9)，兩塊金屬熱沉(4)通過兩組具有彈性的螺栓連接組件(9)緊固連接。 步驟五、每個(gè)螺紋直通快速接頭(7)的另一端插入一外界水管，在外界壓力作用下，利用流通液體快速循環(huán)帶走沉積在金屬熱沉(4)上的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對激光晶體的散熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的實(shí)現(xiàn)激光晶體的夾持方法，其特征在于:步驟四中，所述的兩組具有彈性的螺栓連接組件(9)均包括彈簧(2)、墊片(I)、鎖緊螺母(8)和螺栓(3);將每個(gè)螺栓(3)依次穿入彈簧(2)和墊片(I)，并將螺栓(3)插入扣合的兩個(gè)金屬熱沉(4)的兩個(gè)相對應(yīng)的連接孔(12)中，所述的兩塊金屬熱沉(4)通過與螺栓(3)旋合連接的鎖緊螺母(8)緊固連接。
【文檔編號】H01S3/042GK104505698SQ201410809857
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】李旭東, 馬欲飛, 閆仁鵬, 樊榮偉, 董志偉, 于欣, 陳德應(yīng) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)