CN108616028A - 一种高热流密度的冷却装置和冷却方法 - Google Patents

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公发全
李刚
刘锐
潘艳伟
贾勇
王�锋
邓淞文
孙天祥
金玉奇
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Abstract

本发明公开了一种高热流密度的冷却方法，包括：圆形碟片状增益晶体；高热导率薄膜；带孔的射流喷嘴；带卡口的筒状外壁；焊料自吸收孔五部分组成。本发明利用带卡口的筒状外壁将圆形碟片状增益晶体夹持后，将晶体焊接于夹持结构上；采用原子沉积的方式在晶体后表面制备高热导率薄膜。利用射流喷嘴向热导率薄膜喷射冷却水，实现晶体高效换热，可大大提升碟片晶体的换热能力。

Description

一种高热流密度的冷却装置和冷却方法
技术领域
本发明涉及高热流密度冷却领域，具体涉及到一种碟片激光晶体的冷却方法领域。
背景技术
碟片激光器是一种高功率固体激光器，由厚度为0.1mm-0.3mm的碟片激光晶体构成，固定在金属热沉上。泵浦光从碟片激光晶体正面入射，在晶体背面实现冷却，由于碟片激光晶体很薄，径厚比较大，因此冷却效果好，有利于获得高转换效率、高平均功率以及高光束质量的激光输出。然而，在高功率泵浦的条件下，碟片激光晶体作为增益介质仍会产生大量的无用热，影响碟片激光器的性能。
激光器设计过程的一个重要问题是激光工作物质的冷却，冷却效果直接关系到激光器的质量。碟片激光泵浦功率密度高,产生的残余热流密度大于100W/cm2,因此对于冷却装置提出越来越高的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种高热流密度的冷却方法。本发明包括包括：圆形碟片状增益晶体；高热导率薄膜；带孔的射流喷嘴；带卡口的筒状外壁；四部分组成：
圆形碟片状增益晶体为Yb:YAG，Yb：LU2O3，Nd：YAG材质；
圆形碟片增益晶体厚度为厚度为100-6000um；
圆形碟片增益晶体前表面镀650-1030nm增透膜，后表面镀1030nm反射膜；
圆形碟片增益晶体前表面与卡扣通过铟-锡焊(160－400摄氏度)，剩余焊料可通过卡内焊料自吸收孔吸收多余焊料，防止过多焊料渗出，到达前表面泵浦区域；
圆形碟片增益晶体后表面反射膜上采用原子沉积的方式，制备一层厚度为10-200um的高热导率薄膜，薄膜材料为金刚石薄膜，类金刚石薄膜、碳二原子层超导热薄膜，金薄膜材料构成；
带孔的射流喷嘴将蒸馏水或去离子水喷射到高热导率薄膜上，实现圆形碟片增益晶体的背向冷却，冷却水通过构成冷却水通道的中空圆筒壁向下流出；
带孔的射流喷嘴距离高热导率薄膜距离为1-6㎜，喷嘴射流孔位于进液管端面的盲板上，以中心轴线为基准，均匀分布的小孔，直径为20-2000μm。
本发明具有以下优势：
本发明属于碟片激光器晶体冷却领域，加快冷却晶体温度效率，减小圆形碟片状增益晶体由于温度过高产生热透镜效应，影响碟片激光器出光光束质量。同时，通过热沉的高热导率薄膜厚度可控制非常小的范围内，减少了碟片晶体的横向热传导距离。
附图说明
图1为本发明实施例碟片激光晶体的冷却方法结构剖面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种高热流密度的冷却装置，包括上下两端开口的中空圆筒状外壁1和圆形碟片状增益晶体2，
于圆筒状外壁1的上开口端内壁面沿径向设有圆环形突台，碟片状增益晶体置于圆筒状外壁内部，圆环形突台下表面与碟片状增益晶体上表面密闭连接，于圆环形突台下表面与碟片状增益晶体上表面之间设有圆环形焊料层，于与碟片状增益晶体相接的圆环形突台上设有由下向上的盲孔作为焊料自吸收孔5；
于圆筒状外壁内设有一个一端密闭的圆管，圆管从圆筒状外壁的下开口端伸入圆筒状外壁内，处于圆筒状外壁内的圆管密闭端面向碟片状增益晶体下表面设置，面向碟片状增益晶体下表面圆管密闭端开设有作为射流喷嘴4的圆形通孔。
该碟片激光晶体的冷却装置均为黄铜材料，利用中心带孔和卡口的筒状外壁1将圆形碟片增益晶体2隔挡，卡口内壁周围均匀分布直径为1-2mm、深度0.2mm左右的焊料自吸收孔5。当采用铟-锡焊接碟片晶体与卡口时，剩余焊料会被进入焊料自吸收孔5内，防止焊料流出。焊接温度在180度左右。焊接完成后在圆形碟片增益晶体2后表面采用热沉积的方式，制备一层厚度为10-200um的高热导率薄膜3，薄膜材料为金刚石薄膜，类金刚石薄膜、碳二原子层超导热薄膜，金薄膜材料构成。高热导率薄膜3后表面与带孔的射流喷嘴4的扬程间距6为1-6毫米。带孔的射流喷嘴4以4-15atm压力的冷却水喷射到高热导率薄膜3上将热量导出，完成圆形碟片增益晶体2热量的交换。本发明充分利用将热沉积薄膜技术与碟片晶体冷却技术相互结合，大大减小了增益晶体轴向传热距离，使碟片增益晶体能够迅速冷却，使得晶体的冷却效率得到了极大的提升。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种高热流密度的冷却装置，包括上下两端开口的中空圆筒状外壁(1)和圆形碟片状增益晶体(2)，
于圆筒状外壁(1)的上开口端内壁面沿径向设有圆环形突台，碟片状增益晶体(2)置于圆筒状外壁(1)内部，圆环形突台下表面与碟片状增益晶体(2)上表面密闭连接，于圆环形突台下表面与碟片状增益晶体(2)上表面之间设有圆环形焊料层，于与碟片状增益晶体(2)相接的圆环形突台上设有由下至上的盲孔作为焊料自吸收孔(5)；
于圆筒状外壁(1)内设有一个一端密闭的圆管，圆管从圆筒状外壁(1)的下开口端伸入圆筒状外壁(1)内，处于圆筒状外壁(1)内的圆管密闭端面向碟片状增益晶体(2)下表面设置，面向碟片状增益晶体(2)下表面圆管密闭端开设有作为射流喷嘴(4)的圆形通孔。
2.根据权利要求1的冷却装置，其特征在于：
于碟片状增益晶体(2)上表面镀650-1030nm增透膜，下表面镀1030nm反射膜；于下表面的反射膜上采用原子沉积的方式制备一层厚度为10-200um的高热导率薄膜(3)，薄膜材料为金刚石薄膜，类金刚石薄膜、碳二原子层超导热薄膜或金薄膜等材料中的一种或二种以上构成。
3.根据权利要求1的冷却装置，其特征在于：中空圆筒状外壁(1)、圆形碟片状增益晶体(2)、圆环形突台、圆管密闭端同轴设置。
4.根据权利要求1的冷却装置，其特征在于：射流喷嘴(4)为2个以上，以圆管密闭端的中心轴呈轴对称分布。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，圆形碟片状增益晶体(1)的厚度为100-6000um，材料为Yb:YAG，Yb：LU2O3，Nd：YAG等常见激光增益晶体中的一种或二种以上。
6.根据权利要求1或4所述的冷却装置，其特征在于：带孔的射流喷嘴(4)的射流直径为20-2000um，射流孔位于进液管端面的作为盲板的密闭端上，以中心轴线为基准，均匀分布的小孔，间距为1-6mm。
7.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：焊料自吸收孔(5)的直径为1-2mm，以中心轴线为基准，均匀分布在圆环形突台上。
8.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于：圆环形焊料层所采用焊料的焊接温度160－400摄氏度。
9.一种采用权利要求1－8任一碟片激光晶体冷却装置的冷却方法，其特征在于：
圆形碟片状增益晶体上表面与圆筒状外壁(1)中圆环形突台焊接为一体结构；冷却液由带孔的射流喷嘴(4)喷射到高热导率薄膜(3)上，实现圆形碟片状增益晶体(1)背向冷却，冷却液吸收热量后由圆筒状外壁(1)下端流出。
10.根据权利要求9所述的冷却方法，其特征在于：该方法适用于高热流密度的圆形碟片状增益晶体冷却，高集成度热流密度半导体的液体主动式冷却，或适用于其他高热流密度冷却技术需求。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109149326A (zh) * 2018-10-30 2019-01-04 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 基于管状激光增益介质散热的喷雾冷却系统
CN111682395A (zh) * 2020-05-06 2020-09-18 深圳技术大学 一种固体激光介质冷却结构及半导体泵浦固体激光器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040028094A1 (en) * 2001-11-13 2004-02-12 Raytheon Company Multi-jet impingement cooled slab laser pumphead and method
JP2005142242A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Japan Science & Technology Agency 固体レーザー装置
CN101174752A (zh) * 2007-11-30 2008-05-07 西安电子科技大学 激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法
CN201466460U (zh) * 2008-12-25 2010-05-12 北京理工大学 一种薄片式全固态激光器
US20150096722A1 (en) * 2012-03-02 2015-04-09 Logos Technologies, Llc Systems and methods for cooling disk lasers
CN205178255U (zh) * 2015-11-03 2016-04-20 华中科技大学 一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040028094A1 (en) * 2001-11-13 2004-02-12 Raytheon Company Multi-jet impingement cooled slab laser pumphead and method
JP2005142242A (ja) * 2003-11-05 2005-06-02 Japan Science & Technology Agency 固体レーザー装置
CN101174752A (zh) * 2007-11-30 2008-05-07 西安电子科技大学 激光二极管泵浦固体激光器中晶体端面散热方法
CN201466460U (zh) * 2008-12-25 2010-05-12 北京理工大学 一种薄片式全固态激光器
US20150096722A1 (en) * 2012-03-02 2015-04-09 Logos Technologies, Llc Systems and methods for cooling disk lasers
CN205178255U (zh) * 2015-11-03 2016-04-20 华中科技大学 一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109149326A (zh) * 2018-10-30 2019-01-04 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 基于管状激光增益介质散热的喷雾冷却系统
CN109149326B (zh) * 2018-10-30 2024-04-05 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 基于管状激光增益介质散热的喷雾冷却系统
CN111682395A (zh) * 2020-05-06 2020-09-18 深圳技术大学 一种固体激光介质冷却结构及半导体泵浦固体激光器

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