CN211829521U - 二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，包括由固定Nd:YAG晶体棒、二极管激光器的安装支架及Nd:YAG晶体棒、二极管激光器组成的模块化组件、半导体制冷器、散热器。模块化组件的安装支架上部具有四个固定二极管激光器的M3的安装螺孔同时两者之间加隔热板避免热传导；安装支架上具有三个“V”形槽用于固定Nd:YAG晶体，安装支架下部具有四个连接散热器的Φ3.5mm的安装孔，通过安装孔与散热器相连接，安装支架下部和散热器之间插入半导体制冷器。本实用新型解决了当采用二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体时，由于Nd:YAG晶体因受热引起的激光输出变化大的问题。

Description

二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构

技术领域

本实用新型属于激光器中晶体棒冷却结构技术领域，涉及一种二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，具体为一种10～50Hz运转下的二极管泵浦重复频率Nd:YAG激光器中Nd:YAG晶体棒冷却结构。

背景技术

在二极管泵浦重复频率Nd:YAG激光器中，Nd:YAG晶体的冷却方式分为液体冷却和自然传导冷却两类方式。随着应用中对激光器的体积要求进一步减小，自然传导冷却方式已逐步成为Nd:YAG晶体的主要冷却方式。通常的自然传导冷却方式如图4所示，晶体棒12的一半通过铟焊的方法与导热体11相连接，另一半接受二极管激光器13照射，这种方式虽然也能起到晶体散热的效果，但由于晶体棒只有一半接受二极管激光器照射必然造成照射不均匀，影响激光输出光斑的均匀性；同时因为二极管是半环形单侧面照射激光介质，由于热梯度的原因激光介质会产生形变，造成激光器的输出能量下降和光束质量变化大，这一点在采用较高重复频率工作的激光器中更加明显。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是：针对现有采用的自然传导冷却激光晶体结构，造成的输出能量下降和光束质量变化大问题，提供一种能够提高体激光器输出能量稳定性，并能改善激光介质受热均匀的Nd:YAG晶体棒冷却结构。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其包括：模块化组件1、半导体制冷器2、散热器3；半导体制冷器2布置在模块化组件1底部，散热器3布置在模块化组件1和半导体制冷器2底部；模块化组件1包括安装支架8、Nd:YAG晶体棒6、二极管激光器4，Nd:YAG晶体棒6固定在安装支架8上，二极管激光器4采用环形封装并固定在安装支架8上且位于Nd:YAG晶体棒6上方，半导体制冷器2设置在安装支架8底部，半导体制冷器2的冷面贴合安装支架8的底部，热面贴合散热器3表面；当Nd:YAG晶体棒6受到二极管激光器4照射时，Nd:YAG晶体受照表面上的温度上升并形成温度梯度从而产生热透镜效应；当二极管激光器4照射Nd:YAG晶体棒6的同时，通过在半导体制冷器2上施加低压直流电开启半导体制冷器2对安装支架8制冷，通过分段传导冷却使Nd:YAG晶体上的温度降低；半导体制冷器2夹在安装支架8与散热器3之间，当二极管激光器4照射Nd:YAG晶体棒6的同时，使安装支架8上的热量通过半导体制冷器2的冷面转移到半导体制冷器2的热面，降低安装支架8上Nd：YAG晶体棒6的温度。

其中，所述散热器3选用激光器整机的机壳。

其中，所述二极管激光器4的环形封装采用热沉板9和热沉座10，热沉板9底部装有两个热沉座10，两个热沉座10上开同轴中心圆孔，二极管bar条固定在中心圆孔的侧壁上，发光面均朝向中心圆孔圆心，Nd:YAG晶体棒6穿过两个中心圆孔。

其中，两个所述热沉座10之间间隔10mm。

其中，所述安装支架8上设置有三个间隔布置的“V”槽支架，两个热沉座10置于三个“V”槽支架之间的两个间隙内，Nd:YAG晶体棒6的两端和位于两个热沉座10之间的中部分别置于“V”槽支架的V槽中。

其中，对应V槽位置，所述Nd:YAG晶体棒6上方由晶体压箍7固定，晶体压箍7具有半圆弧，其半径与Nd:YAG晶体棒6半径一致。

其中，所述热沉板9通过四个M2.5螺孔固定在安装支架8上，二极管激光器4与安装支架8之间设置隔热板5用于隔热。

其中，所述安装支架8下部具有四个连接散热器3的Φ3.5mm的安装孔，散热器3上相对应的位置上具有四个M3螺孔，安装支架8通过安装孔与散热器3相连接，安装支架8下部和散热器3之间插入半导体制冷器2。

(三)有益效果

上述技术方案所提供二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，由固定Nd:YAG晶体棒、环形封装的二极管激光器的安装支架及Nd:YAG晶体棒、二极管激光器组成的模块化组件、半导体制冷器、散热器组成的整体冷却设计方式，使Nd:YAG晶体冷却更加均匀，改善了因为二极管照射激光介质产生的受热不均引起激光介质的形变，提高体激光器的输出能量的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的三维构造示意图。

图2是本实用新型的由安装支架及Nd:YAG晶体棒、二极管激光器组成的模块化组件的三维构造示意图。

图3是本实用新型的环形封装二极管激光器三维构造示意图。

图4是通常的自然传导冷却方式示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

参照图1至图3所示，本实用新型二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构包括：模块化组件1、半导体制冷器2、散热器3；半导体制冷器2布置在模块化组件1底部，散热器3布置在模块化组件1和半导体制冷器2底部；模块化组件1包括安装支架8、Nd:YAG晶体棒6、二极管激光器4，Nd:YAG晶体棒6固定在安装支架8上，二极管激光器4采用环形封装并固定在安装支架8上且位于Nd:YAG晶体棒6上方，半导体制冷器2设置在安装支架8底部，半导体制冷器2的冷面贴合安装支架8的底部，热面贴合散热器3表面；当Nd:YAG晶体棒6受到二极管激光器4照射时，Nd:YAG晶体受照表面上的温度会迅速上升并形成温度梯度从而产生热透镜效应；当二极管激光器4照射Nd:YAG晶体棒6的同时，通过在半导体制冷器2上施加低压直流电开启半导体制冷器2对安装支架8制冷，通过分段传导冷却可使Nd:YAG晶体上的温度降低。半导体制冷器2夹在安装支架8与散热器3之间，当二极管激光器4照射Nd:YAG晶体棒6的同时，使安装支架8上的热量通过半导体制冷器2的冷面转移到半导体制冷器2的热面，从而降低安装支架8上Nd：YAG晶体棒6的温度。散热器3具有较高的热容量，可将转移到半导体制冷器2热面的热量吸收并通过与空气对流散发到空气中，散热器3也可用激光器整机的机壳代替。

二极管激光器4的环形封装采用热沉板9和热沉座10，热沉板9底部装有两个热沉座10，两个热沉座10之间间隔10mm，两个热沉座10上开同轴中心圆孔，二极管bar条固定在中心圆孔的侧壁上，发光面均朝向中心圆孔圆心，Nd:YAG晶体棒6穿过两个中心圆孔。

安装支架8上设置有三个间隔布置的“V”槽支架，两个热沉座10置于三个“V”槽支架之间的两个间隙内，Nd:YAG晶体棒6的两端和位于两个热沉座10之间的中部分别置于“V”槽支架的V槽中，对应V槽位置，Nd:YAG晶体棒6上方由晶体压箍7固定，晶体压箍7具有半圆弧，其半径与Nd:YAG晶体棒6半径一致；热沉板9通过四个M2.5螺孔一同固定在安装支架8上，二极管激光器4与安装支架8之间设置隔热板5用于隔热。

安装支架8下部具有四个连接散热器的Φ3.5mm的安装孔，散热器3上相对应的位置上具有四个M3螺孔，安装支架8通过安装孔与散热器3相连接，安装支架8下部和散热器3之间插入半导体制冷器2。

本实施例冷却结构，第一步装配由固定Nd:YAG晶体棒、环形封装的二极管激光器的安装支架及Nd:YAG晶体棒、二极管激光器组成的模块化组件。具体步骤如下：

(1)将具有环形封装形式的二极管激光器热沉座置于安装支架的三个“V”槽的间隙中。

(2)将Nd:YAG晶体棒从具有环形封装形式的二极管激光器热沉座的圆孔中穿过并置于安装支架的三个“V”槽支架上，晶体棒与“V”槽之间用少量导热硅橡胶粘接。

(3)晶体压箍与晶体的接触面涂少量导热硅橡胶后安装在三个“V”槽上，用于固定Nd:YAG晶体棒。(4)将二极管激光器的热沉板与热沉座连接并通过四个M2.5螺孔一同固定在安装支架上(注：二极管激光器的热沉座与安装支架之间有隔热板用于隔热)。

第二步安装支架通过安装孔与散热器连接。

安装支架下部具有四个连接散热器的Φ3.5mm的安装孔，相对应的散热器位置上具有四个M3螺孔。安装支架通过安装孔与散热器相连接。安装支架下部和散热器之间插入半导体制冷器。

至此完成安装。

实验证明，采用本实用新型冷却结构进行的激光器实验中，激光器在重复频率25Hz条件下工作时，连续工作15分钟，晶体棒(Φ5×55mm)上的温度从24.0°上升到25.7°，温度变化率为6.6％；激光发散角从2.6mrad增加到2.7mrad，发散角变化率为3.7％。与通常的自然传导冷却方式相比温度变化率减小60％；发散角变化率减小61％。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，包括：模块化组件(1)、半导体制冷器(2)、散热器(3)；半导体制冷器(2)布置在模块化组件(1)底部，散热器(3)布置在模块化组件(1)和半导体制冷器(2)底部；模块化组件(1)包括安装支架(8)、Nd:YAG晶体棒(6)、二极管激光器(4)，Nd:YAG晶体棒(6)固定在安装支架(8)上，二极管激光器(4)采用环形封装并固定在安装支架(8)上且位于Nd:YAG晶体棒(6)上方，半导体制冷器(2)设置在安装支架(8)底部，半导体制冷器(2)的冷面贴合安装支架(8)的底部，热面贴合散热器(3)表面；当Nd:YAG晶体棒(6)受到二极管激光器(4)照射时，Nd:YAG晶体受照表面上的温度上升并形成温度梯度从而产生热透镜效应；当二极管激光器(4)照射Nd:YAG晶体棒(6)的同时，通过在半导体制冷器(2)上施加低压直流电开启半导体制冷器(2)对安装支架(8)制冷，通过分段传导冷却使Nd:YAG晶体上的温度降低；半导体制冷器(2)夹在安装支架(8)与散热器(3)之间，当二极管激光器(4)照射Nd:YAG晶体棒(6)的同时，使安装支架(8)上的热量通过半导体制冷器(2)的冷面转移到半导体制冷器(2)的热面，降低安装支架(8)上Nd：YAG晶体棒(6)的温度。

2.如权利要求1所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，所述散热器(3)选用激光器整机的机壳。

3.如权利要求2所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，所述二极管激光器(4)的环形封装采用热沉板(9)和热沉座(10)，热沉板(9)底部装有两个热沉座(10)，两个热沉座(10)上开同轴中心圆孔，二极管bar条固定在中心圆孔的侧壁上，发光面均朝向中心圆孔圆心，Nd:YAG晶体棒(6)穿过两个中心圆孔。

4.如权利要求3所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，两个所述热沉座(10)之间间隔10mm。

5.如权利要求4所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，所述安装支架(8)上设置有三个间隔布置的“V”槽支架，两个热沉座(10)置于三个“V”槽支架之间的两个间隙内，Nd:YAG晶体棒(6)的两端和位于两个热沉座(10)之间的中部分别置于“V”槽支架的V槽中。

6.如权利要求5所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，对应V槽位置，所述Nd:YAG晶体棒(6)上方由晶体压箍(7)固定，晶体压箍(7)具有半圆弧，其半径与Nd:YAG晶体棒(6)半径一致。

7.如权利要求6所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，所述热沉板(9)通过四个M2.5螺孔固定在安装支架(8)上，二极管激光器(4)与安装支架(8)之间设置隔热板(5)用于隔热。

8.如权利要求7所述的二极管泵浦重复频率激光器中晶体棒冷却结构，其特征在于，所述安装支架(8)下部具有四个连接散热器(3)的Φ3.5mm的安装孔，散热器(3)上相对应的位置上具有四个M3螺孔，安装支架(8)通过安装孔与散热器(3)相连接，安装支架(8)下部和散热器(3)之间插入半导体制冷器(2)。

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