CN102447211A - 激光增益介质冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光器技术领域，公开了一种激光增益介质冷却装置，包括：激光增益介质热沉(2)、第一压块(3)、第二压块(4)和第三压块(5)；其中，所述第一压块(3)的下表面粘接到激光增益介质热沉(2)的上表面，第二压块(4)的左、右侧面分别粘接到第一压块(3)的右侧面和第三压块(5)的左侧面，第三压块(5)的下表面粘接到激光增益介质热沉(2)的上表面，且激光增益介质热沉(2)、第一压块(3)、第二压块(4)和第三压块(5)围成用于容纳激光增益介质(1)的空腔。本发明通过简单的结构设计在实现激光增益介质的四面导热，从而降低激光增益介质的温度的同时，提高了工作的稳定可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种激光增益介质冷却装置。
背景技术
固体激光在工业加工、信息传输、远程传感等领域发挥了越来越重要的作用。固体激光器中的核心元件之一是激光增益介质。目前常用的激光增益介质包括Nd:YAG、Yb:YAG、Nd:YVO4、Nd:YLF和钕玻璃等。在激光器工作过程中，由于增益介质吸收泵浦光，使得增益介质发热，导致其温度升高。为防止温度过高导致其端面光学薄膜损坏或介质材料本身损坏，通常需要对增益介质进行冷却。
目前，普遍采用的增益介质冷却方式包括液冷、传导冷却和气冷三种方式。液冷是指冷却液直接流过增益介质的侧面或端面，将热量带走。液冷方式的冷却效果最好，但结构复杂，主要应用于高功率系统中。气冷方式最容易实现，但冷却效果最差，主要应用于低功率系统中。在工业加工等重要应用领域中普遍使用的中等功率系统中，主要使用传导冷却方式。
传导冷却还可分为端面冷却和侧面冷却两种，或者将两种方式混合使用。在端面泵浦的激光器中，通常采用侧面冷却方式。其中，一种常采用的结构是将激光增益介质加工成长方体，增益介质两个侧面通过导热胶粘接到压块的侧面上，再将压块的底面通过导热胶粘接到热沉上。这种结构比较简单，但只有两个侧面冷却，在较高的泵浦功率下，由于晶体(激光晶体是激光增益介质的一种)横截面内平行于热传导方向和垂直于热传导方向上的热梯度差异较大，导致输出激光象散严重。另一种常采用的结构是将晶体用铟箔包裹起来，置于两个紫铜V形槽所形成的夹持孔中，沿增益介质横截面的斜边方向施加压力，将晶体压紧。这种结构可以实现四面导热，但在较高的泵浦功率下，晶体内的热应力与外部施加的压力互相作用，容易导致局部的应力过高，使晶体破裂，从而导致工作不稳定、不可靠。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是：如何实现一种结构简单、能实现激光增益介质四面导热、工作稳定可靠的冷却装置。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光增益介质冷却装置，包括：激光增益介质热沉、第一压块、第二压块和第三压块；其中，
所述第一压块的下表面粘接到激光增益介质热沉的上表面，第二压块的左、右侧面分别粘接到第一压块的右侧面和第三压块的左侧面，第三压块的下表面粘接到激光增益介质热沉的上表面，且激光增益介质热沉、第一压块、第二压块和第三压块围成用于容纳激光增益介质的空腔。
优选地，所述激光增益介质热沉内设置有冷却水通道，且所述冷却水通道的入口和出口安装有水嘴。
优选地，所述装置还包括TEC和热沉，所述激光增益介质热沉的下表面粘接到TEC的上表面，所述TEC的下表面粘接到热沉的上表面。
优选地，所述激光增益介质热沉、第一压块、第二压块和第三压块的材料为铜、铝、铁、铜合金、铝合金、铁合金、陶瓷和玻璃中的一种。
优选地，所述粘接的方式均为通过导热胶粘接。
优选地，所述导热胶为硅胶。
(三)有益效果
本发明通过简单的结构设计在实现激光增益介质的四面导热，从而降低激光增益介质的温度的同时，提高了工作的稳定可靠性。
附图说明
图1a为本发明实施例一的正视图及其实施方式示意；
图1b为本发明实施例一的左视图及其实施方式示意；
图2a为本发明实施例二的正视图及其实施方式示意；
图2b为本发明实施例二的左视图及其实施方式示意；
图3a为本发明实施例三的正视图及其实施方式示意；
图3b为本发明实施例三的左视图及其实施方式示意。
其中，1激光增益介质；2激光增益介质热沉；3第一压块；4第二压块；5第三压块；6水嘴；7冷却水通道；8TEC；9热沉。
具体实施方式
下面对于本发明所提出的一种激光增益介质冷却装置，结合附图和实施例详细说明。
实施例一
图1a和图1b示出了本发明提供的一种四面导热的激光增益介质冷却装置的实施例一的结构及其实施方式。在该实施例中，该冷却装置包括激光增益介质热沉2、第一压块3、第二压块4、第三压块5。
该装置在使用时，通过研磨使得激光增益介质热沉2的上表面、第一压块3的下表面(即底面)和右侧面、第二压块4的下表面和两个侧面、第三压块5的下表面和左侧面具有较高的平面度和光洁度，并保证第二压块4的厚度与激光增益介质1的厚度相同。
使用时，激光增益介质1的4个面(左、右侧面，上、下表面)分别通过导热胶粘接到激光增益介质热沉2的上表面、第一压块3的右侧面、第二压块4的下表面以及第三压块5的左侧面上。第一压块3的下表面通过导热胶粘接到激光增益介质热沉2的上表面上。第二压块4的下表面通过导热胶粘接到激光增益介质1的上表面上，其左、右侧面通过导热胶分别粘接到第一压块3的右侧面和第三压块5的左侧面，第三压块5的下表面通过导热胶粘接到激光增益介质热沉2的上表面上。
实施例二
图2a和图2b示出了本发明提供的一种四面导热的激光增益介质冷却装置的实施例二的结构及其实施方式。该实施例是在实施例一的基础上，在激光增益介质热沉2内加工冷却水通道7，在冷却水通道7的输入口和输出口安装水嘴6，冷却水在激光增益介质热沉2内的冷却水通道7内流过，使激光增益介质热沉2保持恒温，从而提高激光增益介质1的冷却效果。
实施例三
图3a和图3b示出了本发明提供的一种四面导热的激光增益介质冷却装置的实施例三的结构及其实施方式。该实施例是在实施例一的基础上，增加了TEC 8和热沉9，并研磨激光增益介质热沉2的下表面和热沉9的上表面，使其具有较高的平面度和光洁度。激光增益介质热沉2的下表面通过导热胶粘接到TEC(指半导体制冷器)8的上表面，TEC 8的下表面通过导热胶粘接到热沉9的上表面。TEC 8将激光增益介质热沉2上的热量传导到热沉9上，以降低激光增益介质热沉2的温度，从而提高激光增益介质1的冷却效果。
上述三个实施例中，激光增益介质1的基质材料是石榴石类、镁橄榄石类、蓝宝石、绿宝石、钒酸盐、钨酸盐、氟化物、硅酸盐玻璃、铝酸盐玻璃和陶瓷材料中的一种。激光增益介质热沉2、第一压块3、第二压块4、第三压块5的材料是铜、铝、铁、铜合金、铝合金、铁合金、陶瓷、玻璃中的一种。导热胶是硅胶。热沉9的材料一般为紫铜等具有高导热性能的金属材料。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种激光增益介质冷却装置，其特征在于，包括：激光增益介质热沉(2)、第一压块(3)、第二压块(4)和第三压块(5)；其中，
所述第一压块(3)的下表面粘接到激光增益介质热沉(2)的上表面，第二压块(4)的左、右侧面分别粘接到第一压块(3)的右侧面和第三压块(5)的左侧面，第三压块(5)的下表面粘接到激光增益介质热沉(2)的上表面，且激光增益介质热沉(2)、第一压块(3)、第二压块(4)和第三压块(5)围成用于容纳激光增益介质(1)的空腔。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光增益介质热沉(2)内设置有冷却水通道(7)，且所述冷却水通道(7)的入口和出口安装有水嘴(6)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括半导体制冷器TEC(8)和热沉(9)，所述激光增益介质热沉(2)的下表面粘接到TEC(8)的上表面，所述TEC(8)的下表面粘接到热沉(9)的上表面。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光增益介质热沉(2)、第一压块(3)、第二压块(4)和第三压块(5)的材料为铜、铝、铁、铜合金、铝合金、铁合金、陶瓷和玻璃中的一种。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的装置，其特征在于，所述粘接的方式均为通过导热胶粘接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述导热胶为硅胶。
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