雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法
2023-05-20 12:16:01
專利名稱：雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法
技術領域：
本發明涉及雷射二極體泵浦固體雷射器，特別是雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒 的散熱方法。
背景技術：
對於雷射二極體端面泵浦固體雷射器，泵浦光空間分布以及晶體對泵浦光軸向的吸收， 引發端面形變、熱應力雙折射和熱透鏡效應。其中，晶體熱透鏡效應佔絕對優勢，它會對激 光產生匯聚作用；熱應力雙折射效應影響雷射的偏振態，若熱應力超出晶體所能承受的範圍 ，可能引起晶體的損傷；端面形變效應所佔比例雖小，但是它可能引起晶體端面膜層的損壞 。因此，如何合理設計散熱系統對於固體雷射器至關重要。
對於雷射二極體端面泵浦柱狀晶體，當前通用的一種晶體熱沉結構是將晶體棒側面用銦 箔包裹，用兩塊金屬熱沉夾持，再用半導體製冷器緊貼金屬熱沉外側將熱量導出。圖l給出 了傳統熱沉結構，它主要通過晶體棒1的圓周面包裹的銦箔2和銦箔2外側面緊固的金屬熱沉3 將晶體棒l內部產生的熱量傳導到半導體製冷器，由半導體製冷器吸收。但是，由於受到加 工精度的限制，夾持晶體所用的金屬熱沉3內孔壁具有一定的粗糙度，它與所夾持的晶體之 間存在縫隙，通常包裹晶體所用的材料銦箔2由於自身的延展性導致了它不可能完全填補縫 隙，在雷射晶體和金屬熱沉之間存在空氣層，由於空氣在不流動的情況下熱傳導係數極低， 僅有0.023W/(m'C)，導致從晶體到外界導熱通路的熱阻極大，導熱不暢。
發明內容
本發明的目的是提供一種可消除金屬熱沉和晶體間的縫隙，以便減小熱阻的雷射二極體 端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法。
本發明的目的是這樣實現的，雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法，其特 徵是諧振腔中的晶體棒與金屬熱沉之間有碳納米材料層，晶體棒熱量通過碳納米材料層傳 導到金屬熱沉。
所述的金屬熱沉由上下兩塊金屬熱沉夾持固定。
所述的碳納米材料層包裹在晶體棒的側表面，其寬度小於或者等於晶體棒的長度。 所述的碳納米材料層的厚度小於或者等於晶體棒與兩塊金屬熱沉構成夾持腔體之間的間隙。
本發明的特點是通常包裹晶體所用的銦箔厚度為10 100um，而單層碳納米管材料的 厚度在40nm左右，單層的徑嚮導熱係數約為0.21W/(m。C)，可以根據需要包裹若干層(一般 小於100層)在晶體的側表面，利用其厚度優勢可以較有效的填補加工精度所導致的晶體和 熱沉之間縫隙，其熱傳導係數遠高於空氣，它的填充可以減小空氣層帶來的高熱阻，從而使 得由晶體到外界冷源之間的導熱通路更為順暢，有利於控制晶體溫度，減小熱效應的影響。
下面結合實施例附圖對本發明作進一步說明。 圖l是使用銦箔的傳統晶體側面散熱結構圖； 圖2是使用納米材料散熱方法結構圖； 圖3是將納米材料包裹在晶體側面所用裝置示意圖。
圖中1、晶體棒；2、銦箔；3、金屬熱沉；4、碳納米材料層；5、連接件；6、夾持工
具；7、電動機；8、電動機旋轉頭；9、支架。
具體實施例方式
如圖2所示，晶體棒1外側包裹碳納米材料層4，與晶體棒l外徑相一致的兩半圓金屬熱沉 3夾持包裹碳納米材料層4的晶體棒1進行固定，由碳納米材料層4將晶體棒1產生的熱量導出 到金屬熱沉3，再由金屬熱沉3傳導給冷源如半導體製冷器吸收。由於碳納米材料層4單層厚 度在納米量級，可以通過調節包裹的層數充分填充晶體棒1與金屬熱沉3之間的縫隙；碳納米 材料層4寬度小於或者等於晶體棒1的長度。碳納米材料層4的厚度小於或者等於晶體棒1與兩 塊金屬熱沉3構成夾持腔體之間的間隙。
由於碳納米管材料層4的熱傳導係數遠大於不流動的空氣，因此它的填充可以減小從晶 體棒1到金屬熱沉3之間的熱阻。
包裹碳納米材料層4可採用圖3的方法，將晶體棒1輸出端插入連接件5並緊固，電動機7 的電動機旋轉頭8從另一側插入連接件5並緊固，保證晶體棒l和電動機7的電動機旋轉頭8同 步轉動，將電動機7用夾持工具6固定在支架9的立柱上。開動電動機7，它的電動機旋轉頭8 隨即開始旋轉，通過連接件5帶動晶體棒1轉動，隨著晶體棒l的旋轉，將從矽片上抽出的碳 納米材料層4層層包裹在晶體棒1的側面。
權利要求
1.雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法，其特徵是諧振腔中的晶體棒(1)與金屬熱沉(3)之間有碳納米材料層(4)，晶體棒(1)熱量通過碳納米材料層(4)傳導到金屬熱沉(3)。
2. 根據權利要求l所述的雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散 熱方法，其特徵是所述的金屬熱沉(3)由上下兩塊金屬熱沉夾持固定。
3. 根據權利要求l所述的雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散 熱方法，其特徵是所述的碳納米材料層(4)包裹在晶體棒(1)的側表面，其寬度小於或者等於晶體棒(1)的長度。
4. 根據權利要求l所述的雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散 熱方法，其特徵是所述的碳納米材料層(4)的厚度小於或者等於晶體棒(1)與兩塊金屬 熱沉(3)構成夾持腔體之間的間隙。
全文摘要
本發明涉及雷射二極體泵浦固體雷射器，特別是雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法，雷射二極體端面泵浦固體雷射器晶體棒的散熱方法，其特徵是諧振腔中的晶體棒(1)與金屬熱沉(3)之間有碳納米材料層(4)，晶體棒(1)熱量通過碳納米材料層(4)傳導到金屬熱沉(3)。它可消除金屬熱沉和晶體間的縫隙，使得由晶體到外界冷源之間的導熱通路更為順暢，有利於控制晶體溫度，減小熱效應的影響。
文檔編號H01S3/042GK101640366SQ20091030399
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月3日 優先權日2009年7月3日
發明者宋小鹿, 文建國, 李兵斌, 王石語, 蔡德芳, 振 過 申請人:西安電子科技大學