CN204927790U - 热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，包括上热沉热管组件、上热沉块、下热沉块、紧固螺钉、下热沉热管组件和半导体制冷板；上热沉热管组件包括两组上热沉热管单元，每组上热沉热管单元均包括上散热板、多条弯钩形热管和上热管封装板；下热沉热管组件包括下散热板和两组下热沉热管单元，每组下热沉热管单元均包括多条竖直形热管和下热管封装板；上热沉块的底面上设有上凹槽，下热沉块的顶面上设有下凹槽，上热沉块上设有螺纹孔、上热管封装槽和上热管工质槽，下热沉块上设有通孔、下热管封装槽和下热管工质槽；上散热板和下散热板均与半导体制冷板粘接。本实用新型结构简单，冷却效率高，均匀性好，稳定性好，实用性强。

Description

热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置

技术领域

本实用新型属于激光器散热技术领域，具体涉及一种热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置。

背景技术

二极管泵浦固体激光器具有体积小、效率高、性能优良等诸多优点，目前已取代其他类型激光器，在工业、科研、军事、医疗等领域得到了广泛的应用。同时，在固体激光器的研发过程中，热管理技术一直备受工程师们的关注。传统的固体激光器，通常采用两块金属热沉紧固夹持晶体散热，再通过循环水冷或者半导体制冷等手段对热沉进行散热。传统散热方式的散热效率制约着激光器整体性能的提高，而采用螺钉紧固的夹持方式也使得激光器的热稳定性受到影响，对激光器的工程化带来了挑战。近年来，一种新型的散热形式-热管装置，已成为固体激光器领域的高效散热手段，但仍没能对热管的散热性能进行充分而有效的利用，有必要对其进行深入的探索研究，以最低限度的提升激光器的散热水平。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其结构简单，设计新颖合理，实现方便，冷却效率高，均匀性好，稳定性好，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：包括上热沉热管组件，用于夹装包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的上热沉块和下热沉块，以及用于紧固上热沉块和下热沉块的紧固螺钉；所述下热沉块下部设置有下热沉热管组件，所述下热沉热管组件下部设置有半导体制冷板，所述紧固螺钉上套装有压力调节弹簧；

所述上热沉热管组件包括对称的两组上热沉热管单元，每组所述上热沉热管单元均包括上散热板和固定连接在上散热板顶部的多条弯钩形热管，多条弯钩形热管的端部连接有上热管封装板；

所述下热沉热管组件包括下散热板和对称设置在下散热板上的两组下热沉热管单元，每组所述下热沉热管单元均包括多条竖直形热管，多条竖直形热管的端部连接有下热管封装板；

所述上热沉块的底面上设置有半圆柱形的上凹槽，所述下热沉块的顶面上设置有半圆柱形的下凹槽，在上热沉块与下热沉块贴合时下凹槽与上凹槽相配合形成了用于安放包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的圆棒状激光晶体安放槽，所述上热沉块上设置有用于连接紧固螺钉的螺纹孔、用于卡合连接上热管封装板的上热管封装槽和位于上热管封装槽下部的上热管工质槽，所述下热沉块上设置有供紧固螺钉穿过的通孔、用于卡合连接下热管封装板的下热管封装槽和位于下热管封装槽上部的下热管工质槽，所述通孔中设置有用于顶卡压力调节弹簧的凸沿；

所述上散热板和下散热板均与半导体制冷板粘接。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：每组所述上热沉热管单元中所述弯钩形热管的数量为三条，每组所述下热沉热管单元中所述竖直形热管的数量为三条。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述上热沉块的形状和下热沉块的形状均为长方体形，所述紧固螺钉的数量为四个，相应所述螺纹孔的数量和所述通孔的数量均为四个，四个螺纹孔分别设置在上热沉块的四个脚上，四个通孔分别设置在下热沉块的四个脚上。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：两个上热管封装槽对称设置在上凹槽的两侧，两个下热管工质槽对称设置在下凹槽的两侧。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述半导体制冷板由热板、冷板以及夹装在热板和冷板之间的热释电半导体材料构成。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述上散热板和下散热板均通过导热胶与热板粘接。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述热界面物质为铟箔。

上述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述铟箔的厚度为30μm～70μm。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置针对两块热沉夹持圆棒状激光晶体的散热方式，设计晶体热沉为热管形式，优化了热管工作结构，对圆棒状激光晶体侧面实现紧固夹持散热，提高与热沉的接触性能，能够对晶体热沉进行充分散热，具有结构简单、设计新颖合理、冷却效率高的特点。

2、本实用新型使用时不仅不会对圆棒状激光晶体产生负面影响，还能够在圆棒状激光晶体的装配过程中，通过调节压力调节弹簧的压缩量，进而实现对圆棒状激光晶体装配压力大小的调节，避免了出现装配压力过大而导致圆棒状激光晶体被碎裂的现象；而且，压力调节弹簧的反作用会使圆棒状激光晶体与上热沉块和下热沉块的接触面保持良好的接触，具有稳定接触热导的性能，避免了圆棒状激光晶体过高的温度会使圆棒状激光晶体与上热沉块和下热沉块间热界面物质产生形变进而影响接触热导的现象发生，有助于提高圆棒状激光晶体输出光束的质量。

3、本实用新型通过上热管封装板与上热管封装槽的配合，以及下热管封装板与下热管封装槽的配合，能够形成封闭的热管结构，再通过半导体制冷板实现对上散热板和下散热板的散热，能够实现对圆棒状激光晶体的均匀冷却。

4、本实用新型能够保证散热性能的持续稳定，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，设计新颖合理，实现方便，冷却效率高，均匀性好，稳定性好，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的装配图。

图2为本实用新型上热沉热管组件的结构示意图。

图3为本实用新型下热沉热管组件的结构示意图。

图4为本实用新型上热沉块的结构示意图。

图5为本实用新型下热沉块的结构示意图。

图6为本实用新型半导体制冷板的结构示意图。

图7为本实用新型包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的结构示意图。

图8为本实用新型压力调节弹簧套装在紧固螺钉上的结构示意图。

附图标记说明:

1—上热沉块；1-1—上凹槽；1-2—上热管工质槽；

1-3—上热管封装槽；1-4—螺纹孔；2—上热沉热管组件；

2-1—上散热板；2-2—弯钩形热管；2-3—上热管封装板；

3—下热沉块；3-1—下凹槽；3-2—下热管工质槽；

3-3—下热管封装槽；3-4—通孔；4—下热沉热管组件；

4-1—下散热板；4-2—下热管封装板；4-3—竖直形热管；

5—半导体制冷板；5-1—热板；5-2—冷板；

5-3—热释电半导体材料；6—圆棒状激光晶体；7—紧固螺钉；

8—热界面物质；9—压力调节弹簧。

具体实施方式

如图1、图7和图8所示，本实用新型的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，包括上热沉热管组件2，用于夹装包裹有热界面物质8的圆棒状激光晶体6的上热沉块1和下热沉块3，以及用于紧固上热沉块1和下热沉块3的紧固螺钉7；所述下热沉块3下部设置有下热沉热管组件4，所述下热沉热管组件4下部设置有半导体制冷板5，所述紧固螺钉7上套装有压力调节弹簧9；

结合图2，所述上热沉热管组件2包括对称的两组上热沉热管单元，每组所述上热沉热管单元均包括上散热板2-1和固定连接在上散热板2-1顶部的多条弯钩形热管2-2，多条弯钩形热管2-2的端部连接有上热管封装板2-3；

结合图3，所述下热沉热管组件4包括下散热板4-1和对称设置在下散热板4-1上的两组下热沉热管单元，每组所述下热沉热管单元均包括多条竖直形热管4-3，多条竖直形热管4-3的端部连接有下热管封装板4-2；

结合图4和图5，所述上热沉块1的底面上设置有半圆柱形的上凹槽1-1，所述下热沉块3的顶面上设置有半圆柱形的下凹槽3-1，在上热沉块1与下热沉块3贴合时下凹槽3-1与上凹槽1-1相配合形成了用于安放包裹有热界面物质8的圆棒状激光晶体6的圆棒状激光晶体安放槽，所述上热沉块1上设置有用于连接紧固螺钉7的螺纹孔1-4、用于卡合连接上热管封装板2-3的上热管封装槽1-3和位于上热管封装槽1-3下部的上热管工质槽1-2，所述下热沉块3上设置有供紧固螺钉7穿过的通孔3-4、用于卡合连接下热管封装板4-2的下热管封装槽3-3和位于下热管封装槽3-3上部的下热管工质槽3-2，所述通孔3-4中设置有用于顶卡压力调节弹簧9的凸沿；

所述上散热板2-1和下散热板4-1均与半导体制冷板5粘接。

如图2和图3所示，本实施例中，每组所述上热沉热管单元中所述弯钩形热管2-2的数量为三条，每组所述下热沉热管单元中所述竖直形热管4-3的数量为三条。

如图1、图4和图5所示，本实施例中，所述上热沉块1的形状和下热沉块3的形状均为长方体形，所述紧固螺钉7的数量为四个，相应所述螺纹孔1-4的数量和所述通孔3-4的数量均为四个，四个螺纹孔1-4分别设置在上热沉块1的四个脚上，四个通孔3-4分别设置在下热沉块3的四个脚上。

如图4和图5所示，本实施例中，两个上热管封装槽1-3对称设置在上凹槽1-1的两侧，两个下热管工质槽3-2对称设置在下凹槽3-1的两侧。

如图6所示，本实施例中，所述半导体制冷板5由热板5-1、冷板5-2以及夹装在热板5-1和冷板5-2之间的热释电半导体材料5-3构成。所述上散热板2-1和下散热板4-1均通过导热胶与热板5-1粘接。

本实施例中，所述热界面物质8为铟箔。所述铟箔的厚度为30μm～70μm。

采用本实用新型对圆棒状激光晶体进行热管热沉式紧固冷却的方法，包括以下步骤：

步骤一、在上热沉块1的上热管工质槽1-2内放入热管工质，并将上热管封装板2-3卡合连接到上热管封装槽1-3内，形成热管式上热沉块装置；

步骤二、在下热沉块3的下热管工质槽3-2内放入热管工质，并将下热管封装板4-2卡合连接到下热管封装槽3-3内，形成热管式下热沉块装置；

步骤三、将圆棒状激光晶体6用热界面物质8包裹；

步骤四、将包裹有热界面物质8的圆棒状激光晶体6用上热沉块1底面上的上凹槽1-1和下热沉块3底面上的下凹槽3-1进行匹配夹持；

步骤五、在紧固螺钉7上套装压力调节弹簧9，并将紧固螺钉7穿过下热沉块3上的通孔3-4后螺纹连接到上热沉块1上的螺纹孔1-4内，使得上热沉块1和下热沉块3夹装好包裹有热界面物质8的圆棒状激光晶体6；

步骤六、将上散热板2-1和下散热板4-1与半导体制冷板5粘接，半导体制冷板5实现对上散热板2-1和下散热板4-1的散热。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：包括上热沉热管组件(2)，用于夹装包裹有热界面物质(8)的圆棒状激光晶体(6)的上热沉块(1)和下热沉块(3)，以及用于紧固上热沉块(1)和下热沉块(3)的紧固螺钉(7)；所述下热沉块(3)下部设置有下热沉热管组件(4)，所述下热沉热管组件(4)下部设置有半导体制冷板(5)，所述紧固螺钉(7)上套装有压力调节弹簧(9)；

所述上热沉热管组件(2)包括对称的两组上热沉热管单元，每组所述上热沉热管单元均包括上散热板(2-1)和固定连接在上散热板(2-1)顶部的多条弯钩形热管(2-2)，多条弯钩形热管(2-2)的端部连接有上热管封装板(2-3)；

所述下热沉热管组件(4)包括下散热板(4-1)和对称设置在下散热板(4-1)上的两组下热沉热管单元，每组所述下热沉热管单元均包括多条竖直形热管(4-3)，多条竖直形热管(4-3)的端部连接有下热管封装板(4-2)；

所述上热沉块(1)的底面上设置有半圆柱形的上凹槽(1-1)，所述下热沉块(3)的顶面上设置有半圆柱形的下凹槽(3-1)，在上热沉块(1)与下热沉块(3)贴合时下凹槽(3-1)与上凹槽(1-1)相配合形成了用于安放包裹有热界面物质(8)的圆棒状激光晶体(6)的圆棒状激光晶体安放槽，所述上热沉块(1)上设置有用于连接紧固螺钉(7)的螺纹孔(1-4)、用于卡合连接上热管封装板(2-3)的上热管封装槽(1-3)和位于上热管封装槽(1-3)下部的上热管工质槽(1-2)，所述下热沉块(3)上设置有供紧固螺钉(7)穿过的通孔(3-4)、用于卡合连接下热管封装板(4-2)的下热管封装槽(3-3)和位于下热管封装槽(3-3)上部的下热管工质槽(3-2)，所述通孔(3-4)中设置有用于顶卡压力调节弹簧(9)的凸沿；

所述上散热板(2-1)和下散热板(4-1)均与半导体制冷板(5)粘接。

2.按照权利要求1所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：每组所述上热沉热管单元中所述弯钩形热管(2-2)的数量为三条，每组所述下热沉热管单元中所述竖直形热管(4-3)的数量为三条。

3.按照权利要求1所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述上热沉块(1)的形状和下热沉块(3)的形状均为长方体形，所述紧固螺钉(7)的数量为四个，相应所述螺纹孔(1-4)的数量和所述通孔(3-4)的数量均为四个，四个螺纹孔(1-4)分别设置在上热沉块(1)的四个脚上，四个通孔(3-4)分别设置在下热沉块(3)的四个脚上。

4.按照权利要求1所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：两个上热管封装槽(1-3)对称设置在上凹槽(1-1)的两侧，两个下热管工质槽(3-2)对称设置在下凹槽(3-1)的两侧。

5.按照权利要求1所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述半导体制冷板(5)由热板(5-1)、冷板(5-2)以及夹装在热板(5-1)和冷板(5-2)之间的热释电半导体材料(5-3)构成。

6.按照权利要求5所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述上散热板(2-1)和下散热板(4-1)均通过导热胶与热板(5-1)粘接。

7.按照权利要求1所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述热界面物质(8)为铟箔。

8.按照权利要求7所述的热管热沉式圆棒状激光晶体紧固冷却装置，其特征在于：所述铟箔的厚度为30μm～70μm。