一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法技术

本发明专利技术公开了一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，涉及晶体散热技术领域，为解决现有技术中，大功率固体激光器晶体多采用水冷散热，存在诸多缺陷：如水冷模块体积大、无法在失重条件下工作、水冷模块存在微渗漏和漏水的风险等的问题。所述第一上热沉和第一下热沉安装在所述板条晶体的上散热面和下散热面，所述板条晶体上散热面和下散热面通过回流焊接与第一上热沉和第一下热沉固定连接，所述第一TEC半导体制冷器安装在所述第一上热沉上散热面和第一下热沉下散热面，所述第一TEC半导体制冷器设置有两个。制冷器设置有两个。制冷器设置有两个。

【技术实现步骤摘要】
一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法


[0001]本专利技术涉及晶体散热
，具体为一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法。

技术介绍

[0002]随着近些年超快固体激光器应用领域的不断拓展，超快固体激光器在朝着高功率，高脉冲能量的方向发展，激光晶体作为超快固体激光器的核心器件之一，对其性能的要求也越来越高。在高功率超快固体激光器中，能量越高，激光晶体的热流密度也就越大，这就要求激光晶体的热沉应具有良好的导热性，以便将激光晶体内的热量导出去，保证激光器的正常。
[0003]超快激光是固体激光器发展的一个新的领域。超快脉冲具有极短持续时间、极高峰值功率、极宽光谱等特点，在工业、军事、环境、能源、通讯等众多领域得到了广泛应用。极短的脉冲让人类第一次观察到了原子和分子尺度的超快运动过程，为探索微观世界开辟了道路。极高的峰值功率可以产生极端的物理条件，使模拟宇宙大爆炸、太阳中心温度、核爆等极端现象成为可能。超快激光作用时间极短、热影响区极小，应用在医疗上可以在治疗或切除病变组织的同时保证周围正常组织不受到损伤。超快激光给其他相关科学领域也带来了一场革命，产生了强场物理学、超快非线性光学、精密计量学、超精细冷加工等一系列新兴前沿学科和技术。
[0004]但是，现有技术中，大功率固体激光器晶体多采用水冷散热，存在诸多缺陷：如水冷模块体积大、无法在失重条件下工作、水冷模块存在微渗漏和漏水的风险等问题；因此，不满足现有的需求，对此我们提出了一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，以解决上述
技术介绍
中提出的现有技术中，大功率固体激光器晶体多采用水冷散热，存在诸多缺陷：如水冷模块体积大、无法在失重条件下工作、水冷模块存在微渗漏和漏水的风险等问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，包括：板条晶体和第一U型导热铜管，所述板条晶体设置在第一U型导热铜管的内部，所述第一U型导热铜管的开口端设置有第一热沉底座，所述第一热沉底座与第一U型导热铜管紧密结合；还包括：第一上热沉和第一下热沉，其安装在所述板条晶体的上散热面和下散热面，所述板条晶体上散热面和下散热面通过回流焊接与第一上热沉和第一下热沉固定连接；第一TEC半导体制冷器，其安装在所述第一上热沉上散热面和第一下热沉下散热面，所述第一TEC半导体制冷器设置有两个，两个所述第一TEC半导体制冷器的冷面与第一上热沉上散热面和第一下热沉下散热面接触，两个所述第一TEC半导体制冷器均安装在第
一U型导热铜管的内部，两个所述第一TEC半导体制冷器和第一U型导热铜管涂有导热硅胶，填充缝隙。
[0007]优选的，所述板条晶体上散热面和下散热面和第一上热沉和第一下热沉之间安装有金属铟片，且金属铟片设置有两个，两个所述金属铟片的厚度为0.2
‑
0.5mm之间。
[0008]优选的，所述第一热沉底座采用铜作为基材，所述第一热沉底座的表面镀金处理，所述板条晶体热沉通过第一热沉底座与外部通水光学底板固定连接。
[0009]优选的，所述第一上热沉和第一下热沉的断面为梯形设计造型，所述第一上热沉和第一下热沉与第一TEC半导体制冷器接触面积大于第一上热沉和第一下热沉和板条晶体焊接面面积。
[0010]优选的，所述第一U型导热铜管内部的镂空处设置有液态金属。
[0011]优选的，一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法的使用方法，包括以下实施方法：激光和泵浦光在晶体内部产生热量，上下两个导热热沉将热量传递到上下两端，再通过上下两个TEC半导体制冷器将热量传输到U型导热铜管内，最终由U型导热铜管和晶体热沉底座将热量传递到通水光学底板上。
[0012]优选的，所述实施方法中还包括散热策略，所述散热策略包括以下具体步骤：S11、将目标激光晶体表面均匀划分为N块，激光晶体整体表面积为，激光晶体的整体质量为，故其中一个晶块的表面积为，其中一个晶块的质量为,其中n为项数，获取目标激光晶体的各个块中心位置的工作环境温度以及许可环境温度，其中为许可环境安全温度的最大值，为许可环境安全温度的最小值；S12、基于目标激光晶体的各个晶块中心位置的工作环境温度以及该位置许可环境温度代入温度数据对比模块中进行温度对比，得出各个晶块安全时间间隔内该位置需要散发的热量，由此得出；，其中为激光被激发时间，为晶体的比热，进而计算整体需要第一上热沉和第一下热沉在安全时间间隔内需要导出的热量，其中为第i块晶块安全时间间隔内该位置需要散发的热量；S13、由于通过上下两个TEC半导体制冷器将热量传输到U型导热铜管内，最终由U型导热铜管和晶体热沉底座将热量传递到通水光学底板上，根据热沉、半导体制冷器、U型导热铜管、晶体热沉底座、通水光学底板的热力学参数和通入水温建立热量传递模型；
S14、将安全时间间隔内需要导出的热量导入热量传递模型，基于导出的热量确定通水光学底板的通水流量，以对需要导出的热量进行快速导出，若基于导出的热量确定的通水光学底板的通水流量小于通水光学底板的额定通水流量，则控制通水光学底板通入流量为的水，结束计算；若基于导出的热量确定的通水光学底板的通水流量大于通水光学底板的额定通水流量，则操作S15步骤；S15、向通水光学底板通入额定通水流量，然后计算散发的热量差值，通过控制外部散热器和外部散热风扇的参数来对多余的热量差值进行补充，以使激光晶体的工作温度达到最佳工作条件。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过在晶体中设置的TEC半导体制冷器，以及U型导热铜管，激光和泵浦光在晶体内部产生热量，上下两个导热热沉将热量传递到上下两端，再通过上下两个TEC半导体制冷器将热量传输到U型导热铜管内，最终由U型导热铜管和晶体热沉底座将热量传递到通水光学底板上，使用TEC半导体制冷器和U型导热铜管实现热量的定向传输，同时提供了一种无水冷散热的热沉方法，解决大功率激光器小体积高效散热难题，避免现有技术中，大功率固体激光器晶体多采用水冷散热，存在诸多缺陷：如水冷模块体积大、无法在失重条件下工作、水冷模块存在微渗漏和漏水的风险等问题。
[0014]2、根据激光器晶体、热沉、导热散热结构三者间热量的传递关系，结合热沉作为中间环节的工作性能，通过安全时间间隔内该位置需要散发的热量的计算，使散热后激光器晶体各个位置的温度分布满足使用要求，通过闭环设计保证激光器温控系统的有效性，既保证了激光器正常散热，又避免由于冗余设计带来的体积重量增加。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的板条固体激光器晶体热沉装置正视图结构示意图；图2为本专利技术的棒状固体激光器晶体热沉装置正视图；图中：100、板条晶体；101、第一上热沉；102、第一下热沉；103、第一热沉底座；104、金属铟片；105、第一TEC半导体制冷器；106、第一U型导热铜管；200、棒状晶体；201、第二上热沉；202、第二下热沉；203、第二热沉底座；20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，包括板条晶体（100）和第一U型导热铜管（106），所述板条晶体（100）设置在第一U型导热铜管（106）的内部，所述第一U型导热铜管（106）的开口端设置有第一热沉底座（103），所述第一热沉底座（103）与第一U型导热铜管（106）紧密结合；其特征在于，还包括：第一上热沉（101）和第一下热沉（102），其安装在所述板条晶体（100）的上散热面和下散热面，所述板条晶体（100）上散热面和下散热面通过回流焊接与第一上热沉（101）和第一下热沉（102）固定连接；第一TEC半导体制冷器（105），其安装在所述第一上热沉（101）上散热面和第一下热沉（102）下散热面，所述第一TEC半导体制冷器（105）设置有两个，两个所述第一TEC半导体制冷器（105）的冷面与第一上热沉（101）上散热面和第一下热沉（102）下散热面接触，两个所述第一TEC半导体制冷器（105）均安装在第一U型导热铜管（106）的内部，两个所述第一TEC半导体制冷器（105）和第一U型导热铜管（106）涂有导热硅胶，填充缝隙。2.根据权利要求1所述的一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，其特征在于：所述板条晶体（100）上散热面和下散热面和第一上热沉（101）和第一下热沉（102）之间安装有金属铟片（104），且金属铟片（104）设置有两个，两个所述金属铟片（104）的厚度为0.2
‑
0.5mm之间。3.根据权利要求2所述的一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，其特征在于：所述第一热沉底座（103）采用铜作为基材，所述第一热沉底座（103）的表面镀金处理，所述板条晶体（100）热沉通过第一热沉底座（103）与外部通水光学底板固定连接。4.根据权利要求3所述的一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，其特征在于：所述第一上热沉（101）和第一下热沉（102）的断面为梯形设计造型，所述第一上热沉（101）和第一下热沉（102）与第一TEC半导体制冷器（105）接触面积大于第一上热沉（101）和第一下热沉（102）和板条晶体（100）焊接面面积。5.根据权利要求4所述的一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：束庆邦，孟献国，查根胜，曾让，冯程宝，邢雪冰，
申请(专利权)人：安徽华创鸿度光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：