激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法技术

本发明专利技术涉及激光二极管泵浦固体激光器的散热方法，特别是激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法，它至少包括激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒状晶体（２），其特征是：谐振腔中棒状晶体（２）的晶体泵浦端面有面接触的金刚石薄片（１），通过金刚石薄片（１）将棒状晶体（２）泵浦端面热量传导给冷源进行散热。以便有效的提高了晶体散热效果，减弱晶体热效应对二极管泵浦固体激光器性能影响，提高二极管泵浦固体激光器性的可靠性和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光二极管泵浦固体激光器的散热方法，特别是激光二极 管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法。
技术介绍
在激光二极管泵浦固体激光器的设计过程中，晶体热效应影响是客观 存在的，如何控制、减弱晶体热效应的影响是直接决定了激光器的功率输 出效率。晶体热效应表现为热透镜效应、热应力双折射效应和端面形变效应， 其中，晶体热透镜效应占绝对优势，它会对激光产生汇聚作用，热应力双 折射效应影响激光的偏振态，若热应力超出晶体所能承受的范围，可能会 引起晶体的损伤。端面形变效应所占比例虽小，但是它应可能引起晶体端 面膜层的损坏。对于端面泵浦的圆棒晶体，当前通用的一种晶体热沉结构 是将晶体棒侧面用铟皮包裹，然后用两块金属热沉夹持，再用半导体制冷 器紧贴金属热沉外侧将热量带出。图l给出了传统热沉结构，它主要通过晶体棒的圆周面包裹的铟皮3和铟皮3外侧面紧固的晶体热沉上组件4和 晶体热沉下组件5将热量传导到半导体制冷器，由半导体制冷器传向冷源。 其热流路径如图1中的箭头方向所示。我们以0. 1%掺杂的Nd:YAG晶体为 例，其吸收长度约为2mm，热量主要集中在晶体端面处2mm范围内，若使 用直径3mm，长10mm的晶体，实际有效散热面积仅为侧面积的1/5，更何 况金属热沉和晶体均存在着一定的热阻，因此，随着泵浦功率的增加，大 功率泵浦时晶体的有效散热影响更加明显。图1的的结构更容易使晶体端 面产生热形变，限制输出功率的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散 热方法，以便有效的提高了晶体散热效果，减弱晶体热效应对二极管泵浦 固体激光器性能影响，提高二极管泵浦固体激光器性的可靠性和寿命。本专利技术的目的是这样实现的，设计一种激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法，它至少包括激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒 状晶体2，其特征是谐振腔中棒状晶体2的晶体泵浦端面有面接触的金 刚石薄片1，通过金刚石薄片1将棒状晶体2泵浦端面热量传导给冷源进 行散热。所述的金刚石薄片1和棒状晶体2的圆周面包裹铟皮3，铟皮3外侧 面紧固晶体热沉上组件4和晶体热沉下组件5，通过晶体热沉将热量传导 到半导体制冷器，由半导体制冷器进一步吸收晶体热沉传导的棒状晶体2 的热量。所述的金刚石薄片1厚度在l-3mm之间，金刚石薄片1的直径大于等 于棒状晶体2直径。本专利技术的特点是由于二极管端面泵浦固体激光器的热耗主要集中在 晶体泵浦端面中心，采用金刚石薄片与晶体泵浦端面直接接触，将集中于 晶体端面处的热量通过金刚石传导至给冷源，以此提高了晶体的散热效 率，减弱热效应的影响。金刚石热导率极高，由于金刚石对于中心波长为 808nm的泵浦光高透，其透过率约为70% (30%的损耗主要来源于表面反 射与内部吸收，可以通过表面镀增透膜的方法降低表面反射损耗，进一步 提高透过率)。因此，它能有效的提高了晶体散热效果，减弱了晶体热效 应对二极管泵浦固体激光器性能、可靠性和寿命的影响。 附图说明下面结合实施例附图对本专利技术作进一步说明。图1是传统晶体散热结构示意图2是本专利技术实施例结构示意图3是晶体端面直接散热装置导热路径示意图。图中1、金刚石薄片；2、棒状晶体；3、铟皮；4、晶体热沉上组件；5、晶体热沉下组件。具体实施例方式如图2所示，激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒状晶体2泵浦 端面(图中棒状晶体2后向位置)紧贴金刚石薄片1，由于对0. 1%掺杂 的Nd:YAG晶体来说，其吸收长度约为2mm左右，热量主要集中在晶体端 面开始的2mm范围内，因此金刚石薄片1可以迅速将棒状晶体2泵浦端面热量直接导送至冷源吸收，使棒状晶体2的泵浦端面迅速降温。所述的金刚石薄片1厚度可以在1-3mm之间，金刚石薄片1的直径大 于等于棒状晶体2直径。使用金刚石薄片1的好处还在于它是导热透光材料，工艺上极容易配 合，使得一方面不会影响激光二极管泵浦源的光能；其次对原有的加工工 艺影响不大。同样的为了不改变原有性能好的加工工艺，也是为了更好的使泵浦端 面降温，在金刚石薄片1和棒状晶体2的圆周面包裹铟皮3，铟皮3外侧 面紧固晶体热沉上组件4和晶体热沉下组件5，再通过晶体热沉将热量传 导到冷源如半导体制冷器，由半导体制冷器进一步吸收晶体热沉传导的棒 状晶体2热量。这种将两种结构进行结合的散热效果可通过图3箭头方向的热流图充 分说明其优点。如图3所示，金刚石薄片1将棒状晶体2的泵浦端面产生 的热量以大于铜的5倍导热率向金刚石薄片1四周传导和辐射。辐射带走 了大部分热量。传导到晶体热沉上组件4和晶体热沉下组件5带走了一部 分热量。让棒状晶体2的泵浦端面剩余热量产生的热效应不足影响激光二 极管泵浦固体激光器的功率输出。该散热方式的导热路径在传统热沉的基 础之上不仅增加了一条更为直接、有效的路径，即热量由泵浦端面的产生 处直接通过金刚石薄片l辐射；同时还将侧面的热量由热沉传导至外界。 在不影响原有加工工艺的情况下，达到提高二极管泵浦固体激光器性的可 靠性和寿命的目的，同时提高二极管泵浦固体激光器性输出功率。权利要求1、，它至少包括激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒状晶体(2)，其特征是谐振腔中棒状晶体(2)的晶体泵浦端面有面接触的金刚石薄片(1)，通过金刚石薄片(1)将棒状晶体(2)泵浦端面热量传导给冷源进行散热。2、 根握权利要求1所述的，其特征是所述的金刚石薄片(1)和棒状晶体(2)的圆周面包裹铟皮(3)，铟皮(3)外侧面紧固晶体热沉上组件(4)和晶体热沉下组 件(5)，通过晶体热沉将热量传导到半导体制冷器，由半导体制冷器进一 步吸收晶体热沉传导的棒状晶体(2)热量。3、 根握权利要求1所述的激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散 热方法，其特征是所述的金刚石薄片(1)厚度在1-3,之间，金刚石 薄片(1)的直径大于等于棒状晶体(2)的直径。全文摘要本专利技术涉及激光二极管泵浦固体激光器的散热方法，特别是，它至少包括激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒状晶体(2)，其特征是谐振腔中棒状晶体(2)的晶体泵浦端面有面接触的金刚石薄片(1)，通过金刚石薄片(1)将棒状晶体(2)泵浦端面热量传导给冷源进行散热。以便有效的提高了晶体散热效果，减弱晶体热效应对二极管泵浦固体激光器性能影响，提高二极管泵浦固体激光器性的可靠性和寿命。文档编号H01S3/042GK101174752SQ20071018844公开日2008年5月7日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日专利技术者文建国, 李兵斌, 王石语, 蔡德芳, 振 过 申请人:西安电子科技大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法，它至少包括激光二极管泵浦固体激光器谐振腔中的棒状晶体（２），其特征是：谐振腔中棒状晶体（２）的晶体泵浦端面有面接触的金刚石薄片（１），通过金刚石薄片（１）将棒状晶体（２）泵浦端面热量传导给冷源进行散热。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵斌，过振，文建国，蔡德芳，王石语，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]