[發明專利]一種用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器

有效

• 申請號: 202011623872.5
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112636137B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王慶功;姚偉;毛葉飛
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/042
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

本發明公開了一種用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器，包括：激光長條型晶體和上、下兩組結構相同的蛇型微通道散熱器；激光長條型晶體的上下兩面分別與兩組蛇型微通道散熱器的底部吸熱面結合；蛇型微通道散熱器為兩層結構，包括微通道層和蓋板層。流體工質在流動方向上多次與激光長條型晶體散熱區域交疊，整體散熱功率高。沿著激光長條型晶體寬度方向，上、下兩組蛇型微通道散熱器內流體工質的流動方向為互逆流式；沿著激光長條型晶體長度方向，上、下兩組蛇型微通道散熱器內流體工質的流動方向可為同向順流式或相向逆流式，顯著提升了長條型晶體內的溫度均勻性。

技術領域

本發明屬于激光應用技術領域，尤其涉及一種用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器。

背景技術

在固體激光器中，常使用長條型的晶體作為增益介質。泵浦光斑入射至晶體的窄邊端面上，泵浦光通過晶體時在晶體內產生大量熱量。由于晶體對泵浦光的吸收一般呈指數的衰減。因此，晶體內呈現較高的局部熱流密度，同時沿通光方向上有很大的溫度梯度分布。即使采用雙端泵浦的方式，晶體內部溫度依然在兩端較高、中間較低，呈現拋物線形分布狀態。

晶體熱效應是制約激光器功率和光束質量的關鍵因素。隨著激光器功率升級晶體的熱效應加劇，進而導致激光器的輸出激光功率下降以及輸出激光的光束質量惡化，更甚至溫度梯度引起的熱應力過大時，常常導致晶體的斷裂、造成不可逆損壞。因此，激光器系統可靠工作，需要合理高效的散熱器作為支撐，尤其針對這種長條型晶體，需要同時考慮晶體局部高熱流密度和溫度的顯著不均勻性特征。實現高效傳熱的同時，最大程度減小表面溫度的差異性。

此外，激光晶體散熱器對整體結構布置有特殊要求。一般對于大功率長條激光器而言，泵浦光源為半導體激光器疊陣，經過透鏡整形后，匯聚入射到晶體端面上。如果通光方向的散熱器尺寸過大，大大超過晶體本身的寬度，就會直接遮擋了部分泵浦光。同時，考慮到諧振腔腔鏡的放置，鏡片之間給予晶體散熱器布置的空間非常有限，散熱器設計要充分考慮空間條件。

綜上，激光器長條型晶體的散熱器要同時滿足高功率熱流密度要求、單端泵浦和雙端泵浦不同的溫度分布形式、表面溫度均勻性需求、整體空間的限制等。而現有的散熱器結構，尚不能同時滿足這些條件。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器，以滿足長條型晶體的高功率散熱要求。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器，包括：激光長條型晶體、上蛇型微通道散熱器和下蛇型微通道散熱器；

上蛇型微通道散熱器和下蛇型微通道散熱器為結構相同的微通道散熱器；

激光長條型晶體的上下散熱面分別與上蛇型微通道散熱器和下蛇型微通道散熱器的底部吸熱面結合。

在上述用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器中，微通道散熱器為兩層結構，包括：微通道層和蓋板層；

微通道層底面為吸熱面，與激光長條型晶體結合；

微通道層內部設有多路蛇型微通道結構；

蓋板層與微通道層緊密配合；

蓋板層內開設有進口集箱和出口集箱，進口集箱和出口集箱經通道延伸形成工質進口和工質出口。

在上述用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器中，微通道層內通有流體工質，微通道層內的流體工質沿著激光長條型晶體寬度方向流動。

在上述用于激光長條型晶體的蛇型微通道散熱器中，

蛇型微通道結構截面長寬比為1:1～1:30；

在激光長條型晶體的寬度方向：蛇型微通道結構的長度為激光長條型晶體寬度的1～5倍；