一种激光工作物质的夹持散热方法及结构技术

本发明专利技术涉及一种激光工作物质的夹持散热方法，其结构包括上基座、下基座及散热模块，其中，散热模块与ＬＤ泵浦模块相配合，上下左右交错放置，组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中间的激光介质。对于激光介质产生的热量，无论是径向分布还是轴向分布的热流，这种犬牙交错的周期性散热结构都能达到理想的散热效果；同时，能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的温度场分布更均匀。从而最大限度的减少热光效应的危害，通过该方法能够提高激光器的能量转换效率和明显改善光束质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，尤其涉及一种激光工作物质的夹持散 热方法及结构。
技术介绍
目前，固体激光器已在国民经济的各个领域得到了广泛应用。对于LD (Laser Diode,激光二极管)泵浦的固体激光器，输入的能量 大部分都转化为热而耗散掉了，只有少部分能够转化为激光输出；电 光效率大约百分之十几。因此，在固体激光器中，激光介质的热效应 严重制约了激光器的输出性能和可靠性。激光材料的热光效应造成激光工作物质的整体温度升高和局部 温度升高。整体温度升高造成的危害有光谱线加宽、能级寿命缩短、 阈值升高、输出功率减少和器件效率下降；局部温度升高所引发的温 度梯度将导致热应力、热致双折射和热透镜效应。过大的热应力将 使激光工作物质产生裂紋甚至碎裂；热致双折射造成的危害包括引起偏振光退偏、器件损耗增加、阈值升高和效率降低；热透镜效应造成的危害包括光束质量变差、发散角增大、单模体积减小、输出降综上所述，在固体激光器设计中，散热设计和热控管理至关重要。 现有技术中激光工作物质的散热方法通常是将激光棒浸在冷却液中 或在激光棒外壁套冷却水套管。无论釆用哪种方法，冷却液或冷却水 都不可避免地对泵浦光产生不同程度的污染，导致泵浦效率下降，影 响激光器的输出功率和光東质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光工作物质的夹持散热方法及结构，最大限度地减少热光效应的危害，以提高激光工作物质的能量转化效 率。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案提出一种激光工作物质的 夹持散热方法，散热模块与LD泵浦模块相配合，上下左右交错放置， 组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中间的激光介质；对于激光介质产生的热量，无论是径向分布还是轴向分布的热流，这种犬牙交错的周期性散热结构都能达到理想的散热效果；同时, 能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的温度场分布更 均匀；从而最大限度的减少热光效应的危害；通过该方法能够提高激 光器的能量转换效率和明显改善光束质量。上述的夹持散热方法中，多个散热模块与多个LD泵浦模块组成 犬牙交错的周期性排列结构。上述的夹持散热方法中，所述的犬牙交错的散热模块分散了夹持 应力，避免了机械应力的集中。上述的夹持散热方法中，散热模块前端点焊簿铝箔，簿铝箔与激 光介质侧面柔性软接触，此种'软'夹持方式能够极大的减小机械应 力。上述的夹持散热方法中，散热模块上的铝箔对泵浦光具有髙反射 率，可将泵浦光二次返回到激光介质中，能够提高泵浦光的利用效 率。上述的夹持散热方法中，所述散热模块的散热冷却方式为液冷、 气冷或风冷。本专利技术的技术方案还提出一种激光工作物质的夹持散热结构，所述激光工作物质由LD泵浦模块及激光介质组成，该夹持散热结构包 括上基座、下基座及散热模块，所述散热模块与LD泵浦模块在所述上、下基座上均呈交错排列；位于所述上、下基座之间的激光介质是通过交错排列的散热模块进行夹持；并且，在所述激光介质的径向上，设于上基座的散热模块、LD 泵浦模块分别与设于下基座的LD泵浦模块、散热模块位置一一对应。上述的夹持散热结构中，所述散热模块包括开槽底座(18)、沉 头螺钉孔(19)、铝箔(20)、水槽(21)、进水孔(22)及出水孔(23),其中，所述散热模块通过两个沉头螺钉孔(19)固定在所述上基座或下基 座上；所述铝箔(20)封接在开槽底座(18)上，从而形成水槽(21);所述 进水孔(22)及出水孔(23)分别设置在开槽底座(18)的底面两端。上述的夹持散热结构中，所述铝箔(20)在朝向所述激光介质的一 面镀有泵浦光的高反膜。上述的夹持散热结构中，在所述上、下基座上，所述散热模块的 高度比所述LD泵浦模块略高。上述的夹持散热结构中，所述散热模块的散热冷却方式为液冷、 气冷或风冷。本专利技术的技术方案通过基座上散热模块与LD泵浦模块的交错周 期性排列，形成高效的夹持散热结构，能够在提高激光器能量转换效 率的同时，明显改善光束质量。附图说明图l为本专利技术激光工作物质的夹持散热结构实施例示意图； 图2为图l实施例中的散热模块示意图。具体实施例方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。 图1为本专利技术激光工作物质的夹持散热结构实施例示意图，如图 所示，本实施例主要包括LD泵浦模块1， 3， 5, 9， 11， 13、激光 棒14、散热模块2， 4, 6, 8， 10, 12和上、下基座7， 15。散热模块与LD泵浦模块在上基座7、下基座15上均呈交错排列； 位于上、下基座7、 15之间的激光棒14则是通过交错排列的散热模块进行夹持。如图所示，LD泵浦模块1、 3、 5与散热模块2、 4、 6 交错排列，并固定在上基座7上，构成上夹持散热组件16; LD泵浦 模块9、 11、 13与散热模块8、 10、 12交错排列，并固定在下基座 15上，构成下夹持散热组件17。并且，在激光棒14的径向上，设于 上基座7的散热模块、LD泵浦模块分别与设于下基座15的LD泵浦 模块、散热模块位置一一对应，如图所示，上下两个夹持散热组件 16、 17中，LD泵浦模块与散热模块上下成对配合，例如，16中的 LD泵浦模块1对应17中的散热模块8; 16中的散热模块2对应17 中的LD泵浦模块9等。如此在激光棒14的两侧形成犬牙交错的周 期性结构。上述实施例中犬牙交错的周期性结构带来的好处是无论是径向 分布还是轴向分布的热流，这种周期性散热结构都能达到理想的散热 效果；同时，能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的 温度场分布更均匀。从而最大限度的减少热光效应的危害。下面以LD泵浦模块3在激光棒14中产生的热流为例来说明上 述犬牙交错周期性结构所带来的益处。LD泵浦模块3在激光棒14中产生的热流既有径向方向又有轴向 方向。在径向方向上，由散热模块10将沿径向方向产生的热流带走； 在轴向方向上，则由散热模块2和4将沿轴向方向上产生的热流带走。同时，散热模块10还将LD泵浦模块9和ll产生的轴向热流带 走；散热模块2还将对面LD泵浦模块9产生的径向热流及邻近LD 泵浦模块1产生的轴向热流带走；散热模块4还将对面LD泵浦模块 11产生的径向热流及邻近LD泵浦模块5产生的轴向热流带走。这样，每个散热模块既负责对面LD泵浦模块产生的径向热流的 散热，又对相邻LD泵浦模块产生的轴向热流有散热贡献。犬牙交错 的周期性结构确保了每个LD泵浦模块的周围都有两到三个散热模块 为激光棒14散热，从而保证径向和轴向的热流均能到达最佳散热效果。图1所示的实施例中，散热模块的高度要比LD泵浦模块约高2mm。这样，上下散热组件16、 17夹持激光棒的过程中，只有散热 模块与激光棒接触；而且，散热模块犬牙交错排列可将激光棒14夹 持固定在中间。本专利技术散热模块的实施例示意图如图2所示，包括铜质开槽座 18、沉头镙钉孔19、铝箔20、水槽21、进水孔22和出水孔23。如图所示，左图为横截面主视图，右图为侧面剖视图。其中，散 热模块通过两个沉头镙钉孔19固定在基座7或15上；铝箔20朝向 激光棒14的一面镀有泵浦光的高反膜，将泵浦光二次返回到激光棒 中以提高泵光的利用效率；铝箔20通过点焊封接在铜质开槽座18上， 与铜质开槽形成水槽21本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光工作物质的夹持散热方法，其特征在于：散热模块与ＬＤ泵浦模块相配合，上下左右交错放置，组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中间的激光介质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩马理，王巍，闫平，张海涛，黄磊，柳强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]