[發明專利]激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持方法

無效

• 申請號: 201110381182.8
• 申請日: 2011-11-26
• 公開（公告）號: CN102377095A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 劉海強;王石語
• 申請（專利權）人: 劉海強
• 主分類號: H01S3/042
• 分類號: H01S3/042;H01S3/02
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 張培勛

技術領域

本發明屬于激光技術領域，涉及一種用于激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持方法，特別是激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持方法。

背景技術

在二極管端面泵浦固體激光器中，激光晶體通常是由熱界面物質（比如銦箔）包裹后由金屬散熱熱沉夾持，熱界面物質的厚度一般在幾十到幾百微米之間。由于金屬熱沉的熱導率遠大于晶體的熱導率，通過循環水流或TEC散熱的方法，可以使熱沉整體為恒定溫度（例如20℃）。實際中，絕對光滑的表面是不存在的，晶體的表面和熱沉的表面都具有一定粗糙度，使得晶體棒與熱沉間存在一定的接觸熱阻（???????????????????????????????????????????????分別為界面間傳熱溫差、傳熱量、傳熱距離、熱導率和傳熱面積)。對于圓棒狀激光晶體，一般采用兩塊帶有半圓型凹槽的金屬熱沉夾持散熱。

此時，裝配壓力方向垂直于兩塊熱沉的結合面，晶體棒側面在與熱沉凹槽底部接觸處受到的徑向裝配壓強最大，在兩塊熱沉結合面方向處受到的徑向裝配壓強為零。實際中，熱界面物質的厚度遠大于晶體棒與熱沉接觸表面的粗糙度，晶體和熱沉無直接接觸點。由于晶體棒與熱沉間接觸熱導起作用的力為晶體側面受到的裝配壓力的徑向分量，晶體棒側面徑向裝配壓強大的地方，熱界面物質取代了較多的空氣間隙，提高了此處晶體棒與熱沉間的接觸熱導；徑向裝配壓強較小地方，空氣間隙即存在于熱沉與熱界面物質間，又存在于晶體棒與熱界面物質間，此處晶體棒與熱沉間的接觸熱導很小。采用兩塊熱沉夾持圓棒狀激光晶體時，由于接觸熱導在晶體棒與熱沉間分布不均勻，熱耗在不同的周向角處按不同的熱流量傳遞，導致晶體中的溫度場分布非軸對稱，從而使熱透鏡效應、熱應力雙折射效應和端面形變效應等熱效應非軸對稱性，影響了輸出光質量，甚至致使晶體棒因受熱不均而炸裂。兩塊熱沉夾持晶體時，晶體棒周圍接觸熱阻相對較大，從而增加了晶體棒的整體溫度。

發明內容

本發明的目的是提供一種激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持方法和裝置，消除傳統兩塊熱沉加持晶體的缺陷，并提供加持圓形激光晶體和四棱形激光晶體的夾持裝置。

本發明的技術方案是激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持方法，包括激光晶體棒的包裹銦箔、金屬熱沉、金屬框架和金屬框架上面的頂絲，每塊金屬熱沉上有循環水流通道，其特征是：金屬熱沉的數量不小于三塊，并對稱加持激光器晶體，每塊金屬熱沉的夾持面契合激光器晶體的接觸面；金屬框架是多邊形，并根據金屬熱沉的數量決定多邊形邊數，每塊金屬熱沉通過頂絲與金屬框架每條邊固定連接，通過使用頂絲夾緊激光器晶體。

所述的金屬框架包括金屬凸臺。

圓形激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持裝置，它至少包括圓形激光晶體、激光晶體棒的包裹銦箔、金屬熱沉、金屬框架和金屬框架上面的頂絲，每塊金屬熱沉上有循環水流通道，金屬框架內有金屬凸臺，其特征是：金屬熱沉的數量不小于三塊，并對稱夾持圓形激光器晶體，每塊金屬熱沉夾持面為圓弧面，并契合圓形激光器晶體的接觸面；金屬框架是多邊形，并根據金屬熱沉的數量決定多邊形邊數，每塊金屬熱沉通過頂絲與金屬框架每條邊固定連接。

四棱形激光二極管端泵固體激光器晶體散熱熱沉的夾持裝置，它至少包括四棱形激光晶體、激光晶體棒的包裹銦箔、金屬熱沉、金屬框架和金屬框架上面的頂絲，每塊金屬熱沉上有循環水流通道，金屬框架內有金屬凸臺，其特征是：金屬熱沉的數量是四塊，并對稱夾持圓形激光器晶體，每塊金屬熱沉夾持面為平面，并契合四棱形激光器晶體的接觸面；金屬框架是多邊形，并根據金屬熱沉的數量決定多邊形邊數，每塊金屬熱沉通過頂絲與金屬框架每條邊固定連接。

本發明的特點是采用三塊以上熱沉夾持圓形激光器晶體時，每個單塊熱沉只與晶體側面三分之一下的圓弧面相接觸；采用四塊熱沉夾持四棱形激光器晶體時，每個單塊熱沉只與晶體一個面接觸，在金屬框架上頂絲的作用力下，各塊熱沉對稱分布組合夾持圓棒狀激光晶體。各塊熱沉獨自受力，不存在晶體側面徑向受力為零的點，晶體側面徑向壓強整體變均勻，提高了晶體與熱沉的緊密結合程度，晶體與熱沉間的接觸熱導在圓周方向不存在零值，其分布變得均勻，接觸熱阻的整體數值減小。激光器晶體溫度沿表面均勻變化，溫度最大值變小，對于晶體熱效應的軸對稱性，及防止晶體端面局部溫度過高而炸裂有所幫助。金屬框架設計有金屬凸臺，可以防止夾緊過程中激光器晶體的軸向轉動。

附圖說明

下面將結合實施例對本發明作進一步的說明：

圖1是三塊熱沉、圓形激光器晶體的夾持裝置；