CN201181808Y - 二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种二极管泵浦固体激光器，特别是二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，它包括固定在泵浦固体激光器中的棒状晶体(1)，其特征是：棒状晶体(1)的外层固定有用于传导棒状晶体(1)表面热量的热管热沉，热管热沉与半导体制冷器件冷端面连接。它的热沉热阻小，适用于大功率二极管泵浦固体激光器，能及时将激光晶体内的高密度废热传导至冷源。

Description

二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置

技术领域

本实用新型涉及一种二极管泵浦固体激光器，特别是二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置。

背景技术

在二极管泵浦固体激光器(DPL)中，用一定能量波长为808nm的激光泵浦Nd:YAG晶体，产生波长为1064nm的激光。Nd:YAG晶体所吸收的泵浦光能量中，并不能完全转换成波长为1064nm的激光能量输出，大部分转换为热量作用于晶体，其中，除了可被合理利用的部分外，大部分热量应及时地被冷源吸收，才能使输出功率不受影响。

现有的二极管泵浦固体激光器中，晶体传导热的方式是通过包裹在晶体圆周面上的铟皮将晶体内累积起来的大部分热量传到上下热沉上，再由上下热沉将热传导到半导体制冷器件(TEC)进行制冷。上下热沉为实心无氧铜材料，它一方面作为晶体支撑件，另一方面介于棒状晶体与TEC之间作为热沉，将晶体累积起来的热量向TEC冷端传导。无论是结构上和效能上对于一般的二极管泵浦固体激光器都是非常理想的。

然而随着对更大功率泵浦源的使用，采用这种结构表现出来的问题明显起来，虽然无氧铜是导热率较高的材料，仍然存在着一定的热阻，使热传导的效率不能有效提高，无法将激光晶体内高密度废热有效传导至冷源，严重影响了二极管泵浦固体激光器输出功率提升。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，它的热沉热阻小，适用于大功率二极管泵浦固体激光器，能及时将激光晶体内的高密度废热传导至冷源。

本实用新型的目的是这样实现的，设计一种二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，它包括固定在泵浦固体激光器中的棒状晶体1，其特征是：棒状晶体1的外层固定有用于传导棒状晶体1表面热量的热管热沉，热管热沉与半导体制冷器件冷端面连接。

所述的热管热沉与棒状晶体1之间有过渡铟皮2包裹层。

所述的热管热沉包括上热管热沉3、下热管热沉4，上热管热沉3与下热管热沉4中间各留有空腔，与铟皮2包裹的棒状晶体1压紧面各有半圆压槽。

所述的上热管热沉3与下热管热沉4四周有连接孔。

所述的上热管热沉3与下热管热沉4半圆压槽的另一面为平面。

所述的上热管热沉3与下热管热沉4空腔内充液态工质。

所述的热管热沉为上下结构，上热管热沉3和下热管热沉4将棒状晶体1夹持，热管热沉与棒状晶体1之间有过渡铟皮2；上热管热沉3上端面与上半导体制冷器5面连接，下热管热沉4下端面与下半导体制冷器6面连接。

本实用新型由于采用热管来替代实心热沉，虽然材料都使用高导热率无氧铜，由于热管是一种具有极高热导的装置，它的热阻远小于铜。比如，管状热管用水作工质，在150℃下运行，其导热率为铜的几百倍。因此，热管的传热能力非常强，特别适用于小体积内产生的高密度热量向大体积内扩散，这正是激光晶体在大功率泵浦时所产生的高密度热量迅速向外扩散所需要的。此外，热管蒸发段位置不受限制，即蒸发段和冷凝段在位置上是可逆的，因而热管可以在任何方位下使用，它都能沿蒸发段向冷凝段传递热量。不管将热管摆置成何种姿态，它都能沿发热中心向外呈辐射状散热，这就为晶体向外全方位散热创造了条件。

附图说明

下面对结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型实施例结构示意分解图；

图2是上下热管热沉结构分解示意图；

图3是上下热管热沉结构示意图；

图4A是热管传导热原理图；

图4B是热管传热热流图。

图中：1、棒状晶体；2、铟皮；3、上热管热沉；4、下热管热沉；5、上半导体制冷器；6、下半导体制冷器；7、液态工质；8、热管热沉主壳体；9、吸液芯；10、热管热沉密封盖。

具体实施方式

如图1所示，固定在二极管泵浦固体激光器中的棒状晶体1的外层固定有用于传导棒状晶体表面热量的热管热沉。热管热沉为上下结构，上热管热沉3和下热管热沉4将棒状晶体1夹持，热管热沉与棒状晶体1之间有过渡铟皮2；上热管热沉3上端面与上半导体制冷器5面连接，下热管热沉4下端面与下半导体制冷器6面连接。

如图2和图3所示，上下热管热沉为上下对称结构，上下两部分通过螺钉紧固。上下热管热沉四周有连接孔供上下连接。上下热管热沉主壳体8中间均为空腔，空腔内充有液态工质7，空腔周围有吸液芯9。空腔的形状和尺寸以棒状晶体1大小为设计条件。原则是以棒状晶体1固定和散热充分为前提。本实用新型实施例中上下热管热沉下端面的宽度方向尺寸与棒状晶体1相等。空腔为柱状体。为了固定棒状晶体1，上热管热沉3下端面有与棒状晶体1圆周面配合的半圆槽，下热管热沉4上端面有与棒状晶体1圆周面配合的半圆槽；上下热管热沉通过连接孔连接后，上热管热沉3下端面的半圆槽和下热管热沉4上端面的半圆槽合成与棒状晶体1一致的空间。

图4A和图4B是热管传导热原理图和热流示意图。热管由液体工质7、管壳和管芯组成，液体工质7在一处吸热蒸发为蒸气，管内蒸气流向冷凝段，在冷凝段放热凝结后，液体通过管芯从冷凝段回流到蒸发段，完成一次工作循环。

发生在热管中的过程有三：一，被泵浦晶体中所产生的热量使与之接触部分(蒸发端)管内的液态工质7气化；二，气态工质7向冷凝段运动，在冷凝段液化释放潜热；三，冷凝液体靠管芯的毛吸力回流到蒸发段。这三个过程都是连续同时进行的。

Claims (7)

1、二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，它包括固定在泵浦固体激光器中的棒状晶体(1)，其特征是：棒状晶体(1)的外层固定有用于传导棒状晶体(1)表面热量的热管热沉，热管热沉与半导体制冷器件冷端面连接。

2、根据权利要求1所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的热管热沉与棒状晶体(1)之间有过渡铟皮(2)包裹层。

3、根据权利要求1所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的热管热沉包括上热管热沉(3)、下热管热沉(4)，上热管热沉(3)与下热管热沉(4)中间各留有空腔，与铟皮(2)包裹的棒状晶体(1)压紧面各有半圆压槽。

4、根据权利要求3所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的上热管热沉(3)与下热管热沉(4)四周有连接孔。

5、根据权利要求3所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的上热管热沉(3)与下热管热沉(4)半圆压槽的另一面为平面。

6、根据权利要求3所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的上热管热沉(3)与下热管热沉(4)空腔内充液态工质。

7、根据权利要求1所述的二极管泵浦固体激光器中晶体热管热沉制冷装置，其特征是：所述的热管热沉为上下结构，上热管热沉(3)和下热管热沉(4)将棒状晶体(1)夹持，热管热沉与棒状晶体(1)之间有过渡铟皮(2)；上热管热沉(3)上端面与上半导体制冷器(5)面连接，下热管热沉(4)下端面与下半导体制冷器(6)面连接。

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