[發明專利]一種端面泵浦激光晶體散熱用微通道水冷結構

在審

• 申請號: 202110056025.3
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112968342A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 劉建彬;衛超奇;周宇;鄭淮斌;陳輝;賀雨晨;徐卓
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01S3/04
• 分類號: H01S3/04;H01S3/042;H01S3/06;H01S3/094
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種端面泵浦激光晶體散熱用微通道水冷結構，微流通道蓋板的一側與二級熱沉的平面側連接，二級熱沉的另一側通過定位槽與一級熱沉連接，一級熱沉上設置有激光晶體；微流通道蓋板與二級熱沉的接觸側設置有臺階，臺階上設置有微流通道，微流通道的一端設置有進水口，另一端對應設置有出水口，微流通道靠近出水口的一側設置有用于形成湍流的阻擋物，一級熱沉和二級熱沉上設置有金剛石薄片。本發明提高了激光晶體的熱導率，減小了激光晶體的熱應力，提高了激光晶體的性能。

技術領域

本發明屬于激光技術及應用技術領域，具體涉及一種端面泵浦激光晶體散熱用微通道水冷結構。

背景技術

隨著激光技術的飛速發展,激光器的功率也不斷增大，但是激光晶體在其工作時不可避免的會產生熱。激光器內部結構中的熱效應影響著激光器的輸出質量以及使用壽命，制約著激光技術發展。所以對激光晶體散熱技術的研究顯得尤為重要。

激光晶體的熱量分布并不是均勻的，泵浦光照射到激光晶體端面后，沿晶體軸向方向通過，被逐漸吸收，泵浦光密度逐漸降低，導致晶體在軸向熱分布不均勻，其泵浦端面熱密度最大，而非泵浦端面熱密度最小，而且熱量主要集中在晶軸上，四周較少。

現在的單向環行腔激光器中，對端面泵浦光晶體的散熱方式，通常都是先通過一定工藝把銦填充在晶體與紫銅熱沉之間，由于溫度差的存在，銦皮會通過熱傳導的方式將晶體內的廢熱傳導到紫銅熱沉上。熱沉中通常會有半導體制冷器件(TEC)或者水流內循環通道將熱量帶走。

然而隨著更大泵浦光功率的使用，此上兩種方法顯得力不從心。對于半導體制冷器件而言，其有著控溫精準，體積小，可靠性高和壽命長等優點，但是它安裝困難并且制冷效率太低，已不能滿足激光晶體的散熱需求。

而對于水流內循環，雖然其散熱能力與半導體制冷器相比更強，但是如果熱量過高時，需要涉及更加復雜的水冷管路，會造成熱沉體積過大，對晶體與熱沉的銦封處理不利，管路加工困難，容易滲漏的風險。同時上述方法沒有針對性，做不到各處散熱能力與晶體熱量分布相匹配，容易導致晶體在泵浦端面處的熱張力過大，這對晶體是極為不利的。

微通道于1981年被提出，由多個微小流體通道組成。當冷卻劑流過微通道時，通過肋片的熱傳導和微通道內流體的流動帶走功率器件的廢熱，具有快速制冷的能力，其具有結構簡潔、高效、快速等優點。目前，微通道技術廣泛的應用于高速電腦芯片、激光二極管陣列、微波放大器等高功率密度器件。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種端面泵浦激光晶體散熱用微通道水冷結構，對微流通道進行改造，提高了散熱效率的同時，盡可能地將熱沉散熱能力與晶體熱量分布相匹配，從而改善晶體的熱效應，提高輸出激光功率，獲得高質量激光光束輸出。

本發明采用以下技術方案：

一種端面泵浦激光晶體散熱用微通道水冷結構，包括微流通道蓋板，微流通道蓋板的一側與二級熱沉的平面側連接，二級熱沉的另一側通過定位槽與一級熱沉連接，一級熱沉上設置有激光晶體；微流通道蓋板與二級熱沉的接觸側設置有臺階，臺階上設置有微流通道，微流通道的一端設置有進水口，另一端對應設置有出水口，微流通道靠近出水口的一側設置有用于形成湍流的阻擋物，一級熱沉和二級熱沉上設置有金剛石薄片。

具體的，臺階的高度為0.5～0.7mm，微流通道距離進水口的距離為3～4.5mm。

具體的，其特征在于，微流通道的入水口處與形成的湍流相切。

具體的，一級熱沉和二級熱沉靠近出水口的一側設置有倒置的臺階用于放置金剛石薄片。

具體的，激光晶體和一級熱沉的連接處填充金屬銦形成銦封。

具體的，微流通道蓋板上與二級熱沉的接觸側開有凹槽，凹槽內設置有密封圈。