CN217642124U - 一体化泵浦激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种一体化泵浦激光器，包括泵浦腔、增益碟片、热沉与冷却系统，其中：增益碟片至少部分设置于泵浦腔内；热沉固定于泵浦腔的外壁上，热沉与增益碟片接触，且其至少部分位于泵浦腔外；冷却系统固定于热沉远离增益碟片的端面，冷却系统位于泵浦腔外，且其开设有供冷却介质流进的第一入口与供冷却介质流出的第一出口；本实用新型提供的一体化泵浦激光器，将热沉与冷却系统均设置于泵浦腔外，通过热沉与冷却系统的协同作用可快速移除增益碟片在工作过程中产生的热量，且不会占用泵浦腔的内部空间，无法对抛物镜等部件在泵浦腔内的设置产生干涉，有利于一体化泵浦激光器的微型化设计。

Description

一体化泵浦激光器

技术领域

本实用新型涉及激光设备技术领域，特别是涉及一种一体化泵浦激光器。

背景技术

传统泵浦激光器受限于高功率运转下激光增益介质内部强烈的热效应，光束质量往往相对较差，这是因为在高功率运行时，增益介质只能通过表面进行散热，高功率运行条件下增益介质内部会形成较大的温度梯度，从而在轴向产生热透镜效应，增益介质内不均匀的温度场进一步导致热畸变和热应力的产生，不仅大大限制了光束质量和功率水平等参数的提升，甚至可能导致增益介质的断裂损伤。为了保证激光增益介质能够正常工作，必须对激光增益介质进行冷却。

现有的泵浦激光器将冷却系统与增益介质集成于泵浦腔内，通过冷却系统对增益介质进行冷却降温处理，以快速移除增益介质在工作过程中产生的热量。但是此种设置方式需将冷却系统设置于泵浦腔内，会占用较大的泵浦腔内部空间，且冷却管路均需设置在泵浦腔内，对抛物镜等部件的设置产生严重干涉，自身结构也较复杂。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有泵浦激光器的冷却系统需设置于泵浦腔内，占用较大的泵浦腔内部空间，对抛物镜等部件的设置会产生严重干涉的问题，提供一种一体化泵浦激光器。

一种一体化泵浦激光器，包括：

泵浦腔；

增益碟片，其至少部分设置于所述泵浦腔内；

热沉，固定于所述泵浦腔的外壁上，所述热沉与所述增益碟片接触，且其至少部分位于所述泵浦腔外；

冷却系统，固定于所述热沉远离所述增益碟片的端面，所述冷却系统位于所述泵浦腔外，且其开设有供冷却介质流进的第一入口与供冷却介质流出的第一出口。

上述一体化泵浦激光器，在其运行过程中，增益碟片会产生较大的热量，并将热量传递至热沉，冷却介质由第一入口流进冷却系统，并由第一出口流出冷却系统，冷却介质在冷却系统内部流动的过程中，可快速带走集成于热沉表面的热量，移除增益碟片在工作过程中产生的热量，使增益碟片始终处于较低的工作环境，保证增益碟片的正常工作，提高光束质量。该一体化泵浦激光器，将热沉与冷却系统均设置于泵浦腔外，通过热沉与冷却系统的协同作用可快速移除增益碟片在工作过程中产生的热量，且不会占用泵浦腔的内部空间，无法对抛物镜等部件在泵浦腔内的设置产生干涉，有利于一体化泵浦激光器的微型化设计。

在其中一个实施例中，所述泵浦腔的侧壁上开设有安装孔，所述热沉固定于所述泵浦腔的侧壁上，且覆盖所述安装孔，所述增益碟片连接于所述热沉上，且穿过所述安装孔伸入至所述泵浦腔内。

在其中一个实施例中，所述增益碟片与所述热沉可拆卸地连接为一体。

在其中一个实施例中，所述增益碟片与所述热沉相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。

在其中一个实施例中，所述热沉与所述泵浦腔的外壁之间设置有密封件。

在其中一个实施例中，所述冷却系统上还开设有供冷却介质流出的第二出口与供冷却介质流进的第二入口，所述热沉内开设有供冷却介质流动的微通道，所述微通道的两端分别具有供冷却介质流进的第三入口与供冷却介质流出的第三出口，所述第二出口与所述第三入口相连通，所述第三出口与所述第二入口相连通，所述冷却介质可依次经过所述第一入口、所述第二出口以及所述第三入口流进所述微通道，并依次经过所述第三出口、所述第二入口、所述第一出口流出所述冷却系统。

在其中一个实施例中，所述微通道呈螺旋状。

在其中一个实施例中，还包括供水系统、进水阀与出水阀，所述进水阀连接于所述第一入口上，所述出水阀连接于所述第一出口上，所述供水系统内设置有制冷机，所述供水系统的一端连接于所述进水阀上，其另一端连接于所述出水阀上。

在其中一个实施例中，所述冷却系统螺接于所述热沉上，且在所述冷却系统与所述热沉相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。

在其中一个实施例中，所述泵浦腔具有向内凹陷而形成的凹陷部，所述热沉与所述冷却系统均位于所述凹陷部内。

附图说明

图1为本实用新型提供的一体化泵浦激光器的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一体化泵浦激光器的正视图；

图3为图2中A-A向结构剖视图；

图4为图3中B区域的局部放大图；

图5为本实用新型中增益碟片、热沉与冷却系统组成模块的结构示意图。

附图标记：

100、一体化泵浦激光器；

110、泵浦腔；111、安装孔；112、密封件；113、凹陷部；

120、增益碟片；

130、热沉；131、微通道；132、第三入口；133、第三出口；

140、冷却系统；141、第一入口；142、第一出口；143、第二出口；144、第二入口。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面结合附图介绍本实用新型实施例提供的技术方案。

如图1-图3所示，本实用新型提供了一种一体化泵浦激光器100，一体化泵浦激光器100包括泵浦腔110、增益碟片120、热沉130与冷却系统140。

增益碟片120的至少部分设置于泵浦腔110内，换言之，增益碟片120部分或者增益碟片120全部设置于泵浦腔110内。在碟片激光器中，将激光晶体做成大而薄的圆片状，即将激光晶体做成很薄的片状结构，以形成增益碟片120。

热沉130通过焊接、螺接等方式固定于泵浦腔110的外壁上。热沉130与增益碟片120接触，以在增益碟片120工作过程中产生热量时，增益碟片120产生的热量可直接传递至热沉130上，通过热沉130移除增益碟片120产生的热量。热沉130的至少部分位于泵浦腔110外，换言之，热沉130部分或者热沉130全部位于泵浦腔110外，减小热沉130在泵浦腔110内的占用空间，防止热沉130对泵浦腔110内部抛物镜等部件的设置产生干涉等影响。其中，热沉130优选为采用具有高导热性的材料制备而成，如金属铜、金属银等，以快速将增益碟片120产生的热量传递至外界。

冷却系统140通过焊接、螺接等方式固定于热沉130上，并且冷却系统140位于热沉130远离增益碟片120的端面上，在本实施方式中，冷却系统140与增益碟片120分别和热沉130相对的两个表面接触。同样地，冷却系统140位于泵浦腔110外，冷却系统140不会占用泵浦腔110的内部空间，防止冷却系统140对泵浦腔110内部抛物镜等部件的设置产生干涉等影响。并且，冷却系统140开设有第一入口141与第一出口142，第一入口141供冷却介质流进冷却系统140，第一出口142供冷却介质流出冷却系统140，冷却介质在冷却系统140内部流动的过程中，可快速带走集成于热沉130表面的热量，移除增益碟片120在工作过程中产生的热量。其中，冷却介质可以为冷却水、低温空气等，对于冷却介质的具体类型，本实用新型不做限制，用户可根据实际需求具体选择。

上述一体化泵浦激光器100，在其运行过程中，增益碟片120会产生较大的热量，并将热量传递至热沉130，冷却介质由第一入口141流进冷却系统140，并由第一出口142流出冷却系统140，冷却介质在冷却系统140内部流动的过程中，可快速带走集成于热沉130表面的热量，移除增益碟片120在工作过程中产生的热量，使增益碟片120始终处于较低的工作环境，保证增益碟片120的正常工作，提高光束质量。该一体化泵浦激光器100，将热沉130与冷却系统140均设置于泵浦腔110外，通过热沉130与冷却系统140的协同作用可快速移除增益碟片120在工作过程中产生的热量，且不会占用泵浦腔110的内部空间，无法对抛物镜等部件在泵浦腔110内的设置产生干涉，有利于一体化泵浦激光器100的微型化设计。

为了对增益碟片120产生的热量进行移除，一种优选实施方式，如图1-图3所示，泵浦腔110的侧壁上开设有安装孔111，安装孔111贯穿泵浦腔110的侧壁，且与泵浦腔110内部相连通。热沉130通过焊接、螺接等方式固定于泵浦腔110的侧壁上，并且热沉130覆盖安装孔111，即热沉130与安装孔111相互重合，防止外部空气通过安装孔111进入到泵浦腔110内，对泵浦腔110内的环境造成污染。增益碟片120连接于热沉130上，并且增益碟片120穿过安装孔111伸入至泵浦腔110内，以在泵浦腔110内参与激光光束能量的吸收与反射等工作。将增益碟片120连接于热沉130上，热沉130与增益碟片120相接触，增益碟片120在工作过程中产生的热量可直接传递至热沉130上，通过热沉130快速移除增益碟片120产生的热量，保证增益碟片120的正常工作，提高光束质量。

为了便于对增益碟片120或热沉130进行维修与更换作业，一种优选实施方式，如图1-图3所示，增益碟片120与热沉130可拆卸地连接为一体。具体地，增益碟片120与热沉130可通过卡扣连接为一体，或增益碟片120与热沉130通过插拔式连接为一体。当增益碟片120因老化等因素导致效果降低，需要对增益碟片120进行维修或更换作业时，可直接将增益碟片120从热沉130上拆卸下来，并在热沉130上重新连接一个性能完好的增益碟片120即可。当热沉130在长时间使用过程中由于表面划损等因素导致导热性能降低，需要对热沉130进行维修或更换作业时，可直接将热沉130从增益碟片120上拆卸下来，并在增益碟片120上重新连接一个导热性能完好的热沉130即可。

上述一体化泵浦激光器100，将增益碟片120与热沉130可拆卸地连接为一体，在增益碟片120与热沉130中的某一部件损坏需要对其进行维修与更换时，无需报废整个部件，节省了用户的使用成本，提高用户的使用体验，且对于增益碟片120和/或热沉130的维修与更换作业方便。

为了进一步提高增益碟片120产生热量的移除效率，一种优选实施方式，如图1-图3所示，增益碟片120与热沉130相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。具体地，在增益碟片120表面均匀涂覆有导热胶层，并在热沉130表面也均匀涂覆有导热胶层，将增益碟片120与热沉130涂覆有导热胶层的表面相互贴合，一方面可以提高增益碟片120与热沉130之间的连接强度，另一方面可防止增益碟片120与热沉130相接触的表面由于加工误差等因素存在间隙，增益碟片120产生的部分热量需通过空气扩散，导致增益碟片120产生热量的移除效率较低。若是增益碟片120在工作过程中产生的热量通过导热胶层传递至热沉130上，可进一步提高增益碟片120产生热量的移除效率。

其中，导热胶层可以为导热硅脂、聚酰亚胺粘接剂中的一种。导热胶层还可以为其他具有高导热性、耐热性较好的流体介质，对于导热胶层的具体类型，本实用新型不做限制。

为了保证一体化泵浦激光器100的光学性能，一种优选实施方式，如图1-图4所示，热沉130与泵浦腔110的外壁之间设置有密封件112，防止热沉130与泵浦腔110的外壁之间存在间隙，导致泵浦腔110的内部环境受到污染，使一体化泵浦激光器100在无尘、干燥的环境下工作，避免泵浦腔110内部个别乃至全部镜片失效或损坏，保证一体化泵浦激光器100的光学性能。其中，密封件112可以为密封圈、密封垫中一种，当然，密封件112还可以为其他具有柔性的材料制备而成，用户可根据实际需求具体设置。

为了更进一步提高增益碟片120产生热量的移除效率，一种优选实施方式，如图1-图5所示，冷却系统140还开设有第二出口143与第二入口144，第二出口143供冷却介质流出冷却系统140，第二入口144供冷却介质重新流进冷却系统140。热沉130内开设有微通道131，微通道131的两端分别具有第三入口132与第三出口133，第三入口132供冷却介质流进微通道131，第三出口133供冷却介质流出微通道131。第二出口143与第三入口132相连通，第三出口133与第二入口144相连通，冷却介质可依次经过第一入口141、第二出口143以及第三入口132流进微通道131，在微通道131中进行热交换后依次经过第三出口133、第二入口144、第一出口142流出冷却系统140，冷却介质在冷却系统140与微通道131中流动，进而使得冷却介质在冷却系统140与热沉130中循环流动，以较好地带走热沉130、增益碟片120产生的热量，保证增益碟片120始终处于较低的工作环境，更进一步提高增益碟片120产生热量的移除效率。

进一步地，如图5所示，微通道131呈螺旋状。延长冷却介质在热沉130中的流动路径，使冷却介质在微通道131中流动的时间更长，可充分与集成于热沉130表面的热量进行热交换，既可提高冷却介质的冷却效果，又可提高冷却介质的利用率。热沉130在单位体积上可开设更长路径的微通道131，避免为了较好地带走增益碟片120产生的热量，需增加热沉130的体积以获得更长路径的微通道131，实现热沉130的微型化设计。

另外，一体化泵浦激光器100还包括供水系统、进水阀与出水阀。进水阀连接于第一入口141上，出水阀连接于第一出口142上，供水系统内设置有制冷机，供水系统的一端连接于进水阀上，供水系统的另一端连接于出水阀上。供水系统中的冷却介质可通过进水阀与第一入口141流进冷却系统140，并在冷却系统140与热沉130中循环流动之后通过第一出口142、出水阀流出冷却系统140，继续流动至供水系统内部，在供水系统中经制冷机制冷降温后，重新流动至冷却系统140与热沉130中参与增益碟片120的热量移除工作。通过上述设置，可实现冷却介质的循环使用，提高冷却介质的利用率。需要说明的是，本实用方式中的供水系统是针对冷却介质为流体介质而设置的，当冷却介质为低温空气时，冷却系统140也可外接气源系统。对于其他类型的冷却介质，可对应选择合适的冷却介质供应系统，根据用户的实际需求具体设置。

需要说明的是，进水阀与出水阀在工作过程中处于常开状态，使冷却介质能够在冷却系统140与热沉130中循环流动，进而带走增益碟片120在工作过程中产生的热量；且在一体化泵浦激光器100使用完成之后，将进水阀与出水阀切换至关闭状态，即可防止冷却介质在冷却系统140与热沉130中的持续流动。

并且，如图1-图4所示，冷却系统140螺接于热沉130上，并且在冷切系统与热沉130相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。具体地，在冷却系统140表面均匀涂覆有导热胶层，并在热沉130表面也均匀涂覆有导热胶层，将冷却系统140与热沉130涂覆有导热胶层的表面相互贴合，一方面可以提高冷却系统140与热沉130之间的连接强度，另一方面集成于热沉130表面的热量可通过导热胶层传递至冷却系统140上，通过冷却系统140快速移除集成于热沉130表面的热量，进一步提高增益碟片120产生热量的移除效率。

为了实现一体化泵浦激光器100的微型化设计，一种优选实施方式，如图1所示，泵浦腔110具有向内凹陷而形成的凹陷部113。热沉130与冷却系统140均位于凹陷部113内，充分利用一体化泵浦激光器100的空间，防止热沉130与冷却系统140凸出泵浦腔110的腔体外侧，实现一体化泵浦激光器100的微型化设计，且可防止热沉130与冷却系统140与外部其他零件碰撞而损坏，不会对外部其他零件的安装产生干涉。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种一体化泵浦激光器，其特征在于，包括：

泵浦腔；

增益碟片，其至少部分设置于所述泵浦腔内；

热沉，固定于所述泵浦腔的外壁上，所述热沉与所述增益碟片接触，且其至少部分位于所述泵浦腔外；

冷却系统，固定于所述热沉远离所述增益碟片的端面，所述冷却系统位于所述泵浦腔外，且其开设有供冷却介质流进的第一入口与供冷却介质流出的第一出口。

2.根据权利要求1所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述泵浦腔的侧壁上开设有安装孔，所述热沉固定于所述泵浦腔的侧壁上，且覆盖所述安装孔，所述增益碟片连接于所述热沉上，且穿过所述安装孔伸入至所述泵浦腔内。

3.根据权利要求2所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述增益碟片与所述热沉可拆卸地连接为一体。

4.根据权利要求3所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述增益碟片与所述热沉相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。

5.根据权利要求2所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述热沉与所述泵浦腔的外壁之间设置有密封件。

6.根据权利要求1所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述冷却系统上还开设有供冷却介质流出的第二出口与供冷却介质流进的第二入口，所述热沉内开设有供冷却介质流动的微通道，所述微通道的两端分别具有供冷却介质流进的第三入口与供冷却介质流出的第三出口，所述第二出口与所述第三入口相连通，所述第三出口与所述第二入口相连通，所述冷却介质可依次经过所述第一入口、所述第二出口以及所述第三入口流进所述微通道，并依次经过所述第三出口、所述第二入口、所述第一出口流出所述冷却系统。

7.根据权利要求6所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述微通道呈螺旋状。

8.根据权利要求6所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，还包括供水系统、进水阀与出水阀，所述进水阀连接于所述第一入口上，所述出水阀连接于所述第一出口上，所述供水系统内设置有制冷机，所述供水系统的一端连接于所述进水阀上，其另一端连接于所述出水阀上。

9.根据权利要求1所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述冷却系统螺接于所述热沉上，且在所述冷却系统与所述热沉相接触的表面上均匀涂覆有导热胶层。

10.根据权利要求1所述的一体化泵浦激光器，其特征在于，所述泵浦腔具有向内凹陷而形成的凹陷部，所述热沉与所述冷却系统均位于所述凹陷部内。

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