CN102136672B - 基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学仪器技术领域的基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置，包括：掺钕钒酸钇激活介质、两条碳化硅板条、两个热沉积装置和两个风扇，第一碳化硅板条和第二碳化硅板条分别与掺钕钒酸钇激活介质的两个侧面键合相连，第一热沉积装置和第二热沉积装置分别设置于第一碳化硅板条和第二碳化硅板条的外侧，第一风扇正对第一热沉积装置，第二风扇正对第二热沉积装置。本发明实现了高能量掺钕钒酸钇平板激光器在室温条件下的可操作性和小型化，并且能够产生稳定的高能量激光输出，为其产品化提供了可行的途径。

Description

基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置
技术领域
本发明涉及一种光学仪器技术领域的装置，具体是一种基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置。
背景技术
目前，常用的冷却方法是液体冷却方式。液体冷却的方式虽然有效，但对于设计和实验方面都存在着复杂性和不便性。在设计中要先考虑冷却液体的通道以及密闭性等问题，在实验过程中需要使用体积较大的冷却液体循环装置，以及布置液体管道的摆放方式等问题。这给实验过程打来了很大的不便，也会影响到实验系统设计的繁琐性和操作的稳定性。
经过对现有技术的检索发现，Hamish Ogilvy，Michael J.Withford，Peter Dekker andJames A.Piper在“Efficient diode double-end-pumped Nd:YVO4laser operating at 1342nm”(波长为1342纳米有效双端面泵浦掺钕钒酸钇激光器，Optics Express 11，2411 2003)中记载了一种液体冷却的方式，但该技术对于设计和实验方面都存在着复杂性和不便性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置，实现了高能量掺钕钒酸钇平板激光器在室温条件下的可操作性和小型化，并且能够产生稳定的高能量激光输出，为其产品化提供了可行的途径。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：包括：掺钕钒酸钇激活介质、两条碳化硅板条、两个热沉积装置和两个风扇，其中：第一碳化硅板条和第二碳化硅板条分别与掺钕钒酸钇激活介质的两个侧面键合相连，第一热沉积装置和第二热沉积装置分别设置于第一碳化硅板条和第二碳化硅板条的外侧，第一风扇正对第一热沉积装置，第二风扇正对第二热沉积装置。
所述的第一碳化硅板条、第一热沉积装置和第一风扇分别与第二碳化硅板条、第二热沉积装置和第二风扇同轴设置。
所述的第一碳化硅板条和第二碳化硅板条的尺寸均大于所述掺钕钒酸钇激活介质的尺寸，以形成碳化硅包层。
所述的第一热沉积装置和第二热沉积装置是外表面带有微槽的铜块，内表面分别与第一碳化硅板条和第二碳化硅板条紧密连接。
激光二极管泵浦光从侧面进入掺钕钒酸钇激活介质，在实验中产生的热量通过高传导率的碳化硅板条迅速转移至热沉积装置并且通过风扇迅速带离整个系统，以实现高效率的冷却。由于实验装置完全对称，系统只产生垂直于激活介质表面方向的温度梯度，热量沿垂直于激活介质表面方向迅速被转移出系统，将热应力对实验产生的危害降至最低，为稳定和高效产生高能量的激光提供了基础。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为激光器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：掺钕钒酸钇激活介质1、第一碳化硅板条2、第二碳化硅板条3、第一热沉积装置4、第二热沉积装置5、第一风扇6和第二风扇7，其中：掺钕钒酸钇激活介质1与第一碳化硅板条2和第二碳化硅板条3键合连接，第一热沉积装置4和第二热沉积装置5分别设置于第一碳化硅板条2和第二碳化硅板条3的外侧，第一风扇6正对第一热沉积装置4，第二风扇7正对第二热沉积装置5。
所述的第一碳化硅板条2、第一热沉积装置4和第一风扇6分别与第二碳化硅板条3、第二热沉积装置5和第二风扇7同轴设置。
所述的第一碳化硅板条2和第二碳化硅板条3的尺寸大于掺钕钒酸钇激活介质的尺寸，以形成碳化硅包层。
所述的第一热沉积装置4和第二热沉积装置5是外表面带有微槽的铜块，内表面分别与第一碳化硅板条2和第二碳化硅板条3紧密连接。
如图1和图2所示，激活介质1通过激光二极管8从侧面泵浦，反射镜9和输出耦合镜10形成谐振腔。利用高热导率材料的碳化硅板条2和3包夹掺钕钒酸钇激活介质1，将激光产生过程中激活介质1的热量迅速传递到两侧的热沉积装置4和5中，再通过热沉积装置4和5两侧的风扇6和7将热量带离实验系统。通过激活介质1两侧的对称设计，材料中温度梯度的方向与激活介质1两侧表面法线方向一致，碳化硅板条2和3能够迅速将热量沿此方向转移，减少热应力对系统的影响，实现在室温下不使用水冷产生高能量激光输出。
本发明通过特殊的材料实现在室温情况下得到百瓦级激光输出。碳化硅的热导率很高，而热膨胀系数与掺钕钒酸钇非常接近，这为本发明提供了依据。将掺钕钒酸钇激活介质键合在传统铜质热沉积上存在很大的缺陷，例如激活介质受热极其容易在热应力下发生变形甚至破裂，而且泵浦光会被铜吸收一部分，降低泵浦光吸收效率。而本发明采用碳化硅板条，一方面可以通过键合的方式将掺钕钒酸钇激活介质和碳化硅板条完全键合，有效的将废热转移。由于两种材料热膨胀系数非常接近，在激活介质受热的情况下，激活介质和碳化硅板条的热畸变一致，可以有效避免激活介质和键合层的破裂。另一方面，因为碳化硅材料具有良好的光学特性，泵浦光光束可以在完全透明的碳化硅材料中传播而避免被传统铜质热沉积的吸收和消耗，有利于增强吸收效率和激光的输出效率。碳化硅板条的外面与铜质热沉积完全接触，废热被热传导率高的碳化硅转移至铜质热沉积，铜质热沉积的外侧有微槽，风扇提供的气流与铜质热沉积充分接触，将废热转移出实验装置，这为高功率的激光输出提供了重要的保证。通过简便的空气制冷装置，我们获得了百瓦级的激光输出。与传统水冷的实验装置相比，通过简单的实验装置获得了高功率的输出激光，体现出了新型空气制冷装置的优势和前景。

Claims (3)

1.一种基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置，其特征在于，包括：掺钕钒酸钇激活介质、两条碳化硅板条、两个热沉积装置和两个风扇，其中：第一碳化硅板条和第二碳化硅板条分别与掺钕钒酸钇激活介质的两个侧面键合相连，第一热沉积装置和第二热沉积装置分别设置于第一碳化硅板条和第二碳化硅板条的外侧，第一风扇正对第一热沉积装置，第二风扇正对第二热沉积装置；
所述的第一碳化硅板条、第一热沉积装置和第一风扇分别与第二碳化硅板条、第二热沉积装置和第二风扇同轴设置。
2.根据权利要求1所述的基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置，其特征是，所述的第一碳化硅板条和第二碳化硅板条的尺寸均大于所述掺钕钒酸钇激活介质的尺寸，以形成碳化硅包层。
3.根据权利要求1所述的基于碳化硅包层板条的激光器冷却装置，其特征是，所述的第一热沉积装置和第二热沉积装置是外表面带有微槽的铜块，内表面分别与第一碳化硅板条和第二碳化硅板条紧密连接。
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