[實(shí)用新型]一種適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520867122.0
• 申請(qǐng)日: 2015-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN205178255U
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱廣志;朱曉;邵娜;王海林;齊麗君;宋恩茂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);武漢梅曼科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/042
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/042
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心 42201
• 代理人: 趙偉

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于碟片 激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉。

背景技術(shù)

碟片激光器是一種高功率固體激光器，由厚度為0.2mm～0.4mm的碟片 激光晶體構(gòu)成，固定在金屬熱沉上。泵浦光從碟片激光晶體正面入射，在 晶體背面實(shí)現(xiàn)冷卻，由于碟片激光晶體很薄，徑厚比較大，因此冷卻效果 好，有利于獲得高轉(zhuǎn)換效率、高平均功率以及高光束質(zhì)量的激光輸出。然 而，在高功率泵浦的條件下，碟片激光晶體作為增益介質(zhì)仍會(huì)產(chǎn)生大量的 無(wú)用熱，影響碟片激光器的性能。

為了提高碟片激光器的輸出功率及光束質(zhì)量，必須提高給定條件下(限 定溫差)增益介質(zhì)的傳熱能力，即需要盡量減小傳熱熱阻。增益介質(zhì)內(nèi)部 與外部傳熱是傳熱過(guò)程中的兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)，可從以下幾個(gè)方面提高碟片激 光器的散熱能力：第一，減小碟片激光晶體厚度以減小其傳熱熱阻，在這 個(gè)方向上，現(xiàn)有技術(shù)中的碟片激光器幾乎已經(jīng)做到極限，優(yōu)化的空間很小； 第二，優(yōu)化射流陣列，合理設(shè)置噴嘴參數(shù)，有效提高換熱能力及冷卻均勻 性；第三，改善熱沉的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有技術(shù)中采用射流直接沖擊碟片激光晶體的冷卻方式減小碟片激光 器熱阻、提高其熱流密度；這種冷卻方式可最大限度地減小熱沉的熱阻， 但是，它也存在以下缺點(diǎn)：第一，射流直接沖擊碟片激光晶體會(huì)導(dǎo)致冷卻 不均勻而使碟片熱畸變嚴(yán)重，甚至破裂；第二，強(qiáng)大的射流沖擊壓力易導(dǎo) 致碟片激光晶體破裂；第三，直接沖擊容易損壞碟片激光晶體背面的壞高 反膜；另一種方法是在碟片激光晶體背面增加片狀熱沉，然而這種熱沉如 果太厚，會(huì)使熱阻很大，如果太薄，會(huì)使其強(qiáng)度減小，沖擊壓力會(huì)使得碟 片的形變?cè)黾?且長(zhǎng)期在高壓冷卻液的沖擊下易損壞。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本實(shí)用新型提供了一種適用于 碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，其目的在于在提高碟片激光器傳熱 能力的同時(shí)減小由射流沖擊壓力造成的碟片激光晶體形變。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種適用于碟 片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，包括肋基和多個(gè)分布在肋基上的肋片；

肋基作為碟片激光晶體的載體，其一個(gè)端面作為熱沉的頂面，用于固 定碟片激光晶體；肋片的一端固定在肋基的另一個(gè)端面上，多個(gè)肋片同軸 排列；肋片另一端所在的底面為熱沉的底面；熱沉的底面的整體面型為凸 面或者凹面；肋片用于增大散熱面積，降低對(duì)流換熱熱阻。

優(yōu)選地，上述熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)時(shí)，其肋基的 直徑與碟片激光晶體的封裝尺寸匹配，熱沉底面的整體面型與碟片激光晶 體的封裝面型匹配，當(dāng)?shù)す饩w封裝面型為凸面，采用底面整體面型 為凸面的熱沉，以防止沖擊加重碟片激光晶體的畸變；當(dāng)?shù)す饩w封 裝面型為平面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以補(bǔ)償射流沖擊對(duì)碟片 激光晶體造成的形變；當(dāng)?shù)す饩w封裝面型為凹面，采用底面整體面 型為凹面的熱沉，以通過(guò)射流沖擊壓力來(lái)補(bǔ)償?shù)す饩w封裝時(shí)所產(chǎn)生 的凹面變形。

優(yōu)選的，熱沉采用無(wú)氧銅、金剛石或銅鎢合金材料。

優(yōu)選的，上述肋片是圓柱狀、棱柱狀或圓錐狀；相較而言，棱柱狀肋 片的表面積最大，具有更好的散熱性能；而圓錐狀肋片可承受的沖擊力更 大，抗損傷能力更強(qiáng)。

優(yōu)選的，上述多個(gè)肋片在肋基上同軸向均勻排列成六邊形。

優(yōu)選的，上述多個(gè)肋片在肋基上同軸向非均勻的排列成圓形；肋片在 肋基上的排列方式與熱源的形狀和大小匹配，以取得更佳的換熱效果。

優(yōu)選的，肋片的截面面積小于1mm²，長(zhǎng)度不大于5mm，與碟片激光器 射流沖擊冷卻系統(tǒng)匹配。

總體而言，通過(guò)本實(shí)用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比， 能夠取得下列有益效果：

(1)本實(shí)用新型提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉， 在傳統(tǒng)熱沉上的基礎(chǔ)上增加肋片，肋片增加了熱沉的散熱面積，使得碟片 激光器在射流沖擊冷卻過(guò)程中的散熱面積增大，從而起到降低熱阻、提高 換熱效率的作用；

(2)本實(shí)用新型提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉， 在傳統(tǒng)熱沉上的基礎(chǔ)上增加肋片，肋片起分散射流壓力的作用，從而起到 增加熱沉強(qiáng)度的作用，使熱沉具有更高的抗壓能力，從而減小碟片激光晶 體在射流冷卻中受到的沖擊，減小碟片激光晶體形變；