專利名稱：固體激光器熱管傳導冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型固體激光器熱管傳導冷卻裝置屬于固體激光器的冷卻技術。
現(xiàn)有固體激光器的冷卻方式，主要由激光器的工作方式和輸出特性決定。當固體激光器的工作重復頻率較高，連續(xù)工作時間較長時，都需采用水冷卻方式。水冷卻方式結構復雜，體積和重量較大，難于應用于機載、艦載設備中。如果使用不當，還會造成污染。當固體激光器的工作頻率為(10－20)Hz時，采用風冷，由于風冷效率比水冷低，只能間斷工作，同時激光輸出功率不穩(wěn)定，隨著工作時間增長，激光輸出功率衰減。還有一種冷卻方式，采用傳導冷卻來冷卻晶體棒和泵浦氙燈，冷卻能力取決于熱交換器與空氣的對流交換，激光器只能工作在單次或低重復頻率下，工作的環(huán)境溫度在室溫以下，不能工作在高環(huán)境溫度中，如美國專利US4601038。
本實用新型的目的是把熱管傳導冷卻技術用于固體激光器中，提高固體晶體的冷卻效果，使之固體激光器在高環(huán)境溫度下，可安全、可靠地連續(xù)工作。
本實用新型固體激光器熱管傳導冷卻裝置是借助于飽和工質的汽化和凝結換熱來實現(xiàn)的，它是一種相變換熱的潛熱交換過程。該冷卻裝置用于紅寶石、摻釹釔鋁石榴石、金綠寶石等固體激光器中?，F(xiàn)結合
利用該原理制成的固體激光器熱管傳導冷卻裝置的技術方案。
圖1.固體激光器熱管傳導冷卻裝置外形圖。
圖2.熱管傳導冷卻裝置A－A剖面圖。
圖3.熱管傳導冷卻裝置B－B局部剖面圖。
固體激光器熱管傳導冷卻裝置如圖1所示，主要由熱管傳導部分9、主風道10和副風道11構成。
熱管傳導部分9如圖2熱管傳導冷卻裝置A－A剖面圖所示。固體激光棒4和泵浦氙燈5分別裝在聚光腔7的腔體上部和下部，中間被隔熱板6隔開，腔體呈相交園緊包腔形狀。
聚光腔7嵌入四周裝有散熱片的聚光腔散熱套8中，裝于聚光腔7腔體上部的固體晶體棒4與過渡層3、熱管2、熱交換腔1依次緊密接觸。熱管2和熱交換腔1內側壁裝有筋片，筋片與壁接觸良好，其形狀如圖熱管傳導冷卻裝置B－B局部剖面圖所示。熱交換腔1中間部分圍成一四周密封通風腔、內裝散熱片，形成主風道10。
被隔熱板6隔開的聚光腔7腔體下部，中間裝泵浦氙燈5，形成付風道11。
隔熱板6材料為玻璃，聚光腔7、聚光腔散熱套8、熱管2、熱交換腔1材料為導熱性良好的材料，如銅、鋁等。
固體晶體棒4與熱管2接觸，之間墊過渡層3，其材料溫度膨脹系數(shù)介于熱管2和固體晶體棒4之間，以保護固體晶體棒4不會由于熱管2膨脹而遭到破壞。當圓體晶體棒4的熱量通過過渡層3傳至熱管2壁上時，熱管2的腔體內充飽和工質為低溶點材料，如鉀、鈉等及其混合物，或者低佛點材料，如甲醇、乙醇、水等及其混合物，立刻溶化或汽化，充滿熱管2整個內部空間。由于飽合工質的熱傳導能力為金屬材料的幾百倍，發(fā)熱體固體晶體棒4的熱量迅速傳至熱交換腔1的主風道10的散熱片上。
泵浦氙燈5發(fā)出的光，只有某一波段的光能被固體晶體棒4吸收，其余轉換成熱量儲存在副風道11中。
主風道10和副風道11的空氣與外界空氣強迫循環(huán)，使固體晶體棒4和泵浦氙燈5得到很好冷卻。所以，當固體激光器采用熱管傳導冷卻技術后，在高溫環(huán)境中，可安全、可靠地連續(xù)工作。
該固體激光器熱管傳導冷卻裝置已應用于激光測距系統(tǒng)中，其固體激光器熱管傳導冷卻裝置外形圖如圖1所示，熱管傳導冷卻裝置A－A剖面圖如圖2所示。
激光工作物質為摻釹釔鋁石榴石晶體，泵浦光源為與激光晶體相匹配的脈沖氙燈。熱管內飽和工質為低沸點液體混合物。在激光諧振腔中介入電光Q開關元件。當激光器工作頻率為(10－20)Hz，激光脈沖寬度為7微秒，輸出脈沖峰值功率為10兆瓦以上，可連續(xù)可靠工作。
該激光器的特點是體積小、重量輕，由于無水冷卻系統(tǒng)，激光器的結構簡單，裝配、調整方便。
權利要求1.一種固體激光器熱管傳導冷卻裝置，由強迫風冷系統(tǒng)和散熱部分組成，其特征是散熱部分主要由主風道[10]和副風道[11]組成；被冷卻體固體晶體棒[4]與散熱部分之間通過充滿飽和工質的熱管[2]緊密接觸。
2.根據權利要求1所述的熱管傳導冷卻裝置，其特征是固體晶體棒〔4〕和泵浦氙燈〔5〕分別置于相交園緊包腔狀聚光腔〔7〕腔體內上、下端，中間被隔熱板〔6〕隔開，聚光腔〔7〕嵌入四周裝有散熱片的聚光腔散熱套〔8〕中；固體晶體棒〔4〕與過渡層〔3〕、熱管〔2〕和熱交換腔〔1〕依次緊密接觸，熱管〔2〕和熱交換腔〔1〕內側壁裝有筋片，在熱交換腔〔1〕中間部分圍成一密封通風腔，形成主風道〔10〕；泵浦氙燈〔5〕置于聚光腔〔7〕腔體內下端，被隔熱板〔6〕與上端隔開，形成付風道〔11〕。
3.根據權利要求2所述的熱管傳導冷卻裝置，其特征是過渡層〔3〕材料為溫度膨脹系數(shù)介于固體晶體棒〔4〕與熱管〔2〕的材料之間，隔熱板〔6〕材料為玻璃，其他結構另件材料為導熱良好的材料，如銅、鋁等。
4.根據權利要求1所述的熱管傳導冷卻裝置，其特征是固體晶體棒〔4〕通過熱管〔2〕與熱交換器〔1〕接觸，在固體晶體棒〔4〕與熱管〔2〕間墊過渡層〔3〕，熱管〔2〕的空腔內充飽和工質，其材料為低溶點金屬，如鉀、鈉等及其混合物，或者低沸點液體，如甲醇、乙醇、水等及其混合物。
專利摘要本實用新型固體激光器熱管傳導冷知裝置屬于固體激光器的冷卻技術。
通過過渡層3，充滿飽和工質的熱管2和熱交換腔1，固體晶體棒4的熱量傳到形成主風道的熱交換腔1之通風腔中。泵浦氙燈5置于聚光腔7的腔體中，被隔熱板6隔開，形成副風道。主風道、副風道與外界空氣強迫風冷循環(huán)，達到冷卻目的。
由于飽和工質的相變換熱效率高，該冷卻技術用于固體激光器中，可使該激光器在高重復頻率條件下連續(xù)工作，激光輸出脈沖功率達10兆瓦以上。
文檔編號H01S3/04GK2162725SQ9321647
公開日1994年4月20日 申請日期1993年6月25日 優(yōu)先權日1993年6月25日
發(fā)明者湯沂, 高寧, 李佐欣, 虞鎖本 申請人:機電部第十一研究所