二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法
2023-07-15 19:47:56
專利名稱：二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法
技術領域：
本發明涉及一種二極體泵浦固體雷射器，特別是二極體泵浦固體雷射 器中晶體熱管熱沉製冷方法。
背景技術：
在二極體泵浦固體雷射器(DPL)中，用一定能量波長為808nm的激 光泵浦Nd:YAG晶體，產生波長為1064nm的雷射。Nd:YAG晶體所吸收 的泵浦光能量中，並不能完全轉換成波長為1064nm的雷射能量輸出，大 部分轉換為熱量作用於晶體，其中，除了可被合理利用的部分外，大部分 熱量應及時地被冷源吸收，才能使輸出功率不受影響。現有的二極體泵浦固體雷射器中，晶體傳導熱的方式是通過包裹在晶 體圓周面上的銦皮將晶體內累積起來的大部分熱量傳到上下熱沉上，再由 上下熱沉將熱傳導到半導體製冷器件(TEC)進行製冷。上下熱沉為實心 無氧銅材料，它一方面作為晶體支撐件，另一方面介於棒狀晶體與TEC之 間作為熱沉，將晶體累積起來的熱量向TEC冷端傳導。無論是結構上和效 能上對於一般的二極體泵浦固體雷射器都是非常理想的。然而隨著對更大功率泵浦源的使用，採用這種結構表現出來的問題明 顯起來，雖然無氧銅是導熱率較高的材料，仍然存在著一定的熱阻，使熱 傳導的效率不能有效提高，無法將雷射晶體內高密度廢熱有效傳導至冷 源，嚴重影響了二極體泵浦固體雷射器輸出功率提升。 發明內容本發明的目的是提供一種二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，它的熱沉熱阻小，適用於大功率二極體泵浦固體雷射器，能及時 將雷射晶體內的高密度廢熱傳導至冷源。本發明的目的是這樣實現的，設計一種二極體泵浦固體雷射器中晶體 熱管熱沉製冷方法，它包括固定在泵浦固體雷射器中的棒狀晶體1，其特徵是:棒狀晶體1的外層固定有用於傳導棒狀晶體1表面熱量的熱管熱沉，熱管由液體工質7、管殼和管芯組成，液體工質7在一處吸熱蒸發為蒸氣，管內蒸氣流向冷凝段，冷凝段與半導體製冷器6面連接，在冷凝段放熱凝結後，液體通過管芯從冷凝段回流到蒸發段，完成熱管熱沉製冷的一次工 作循環。所述的熱管熱沉與半導體製冷器件冷端面連接。所述的熱管熱沉與棒狀晶體1之間有過渡銦皮2包裹層。 所述的熱管熱沉包括上熱管熱沉3、下熱管熱沉4，上熱管熱沉3與下熱管熱沉4中間各留有空腔，與銦皮2包裹的棒狀晶體1壓緊面各有半圓壓槽。所述的上下熱管熱沉四周有連接孔。 所述的上下熱管熱沉半圓壓槽的另一面為平面。 所述的上下熱管熱沉空腔內充液態工質7。所述的熱管熱沉為上下結構，上熱管熱沉3和下熱管熱沉4將棒狀晶 體1夾持，熱管熱沉與棒狀晶體1之間有過渡銦皮2;上熱管熱沉3上端 面與上半導體製冷器5面連接，下熱管熱沉4下端面與下半導體製冷器6 面連接。本發明由於採用熱管來替代實心熱沉，雖然材料都使用高導熱率無氧 銅，由於熱管是一種具有極高熱導的裝置，它的熱阻遠小於銅。比如，管 狀熱管用水作工質，在15(TC下運行，其導熱率為銅的幾百倍。因此，熱 管的傳熱能力非常強，特別適用於小體積內產生的高密度熱量向大體積內 擴散，這正是雷射晶體在大功率泵浦時所產生的高密度熱量迅速向外擴散 所需要的。此外，熱管蒸發段位置不受限制，即蒸發段和冷凝段在位置上 是可逆的，因而熱管可以在任何方位下使用，它都能沿蒸發段向冷凝段傳 遞熱量。不管將熱管擺置成何種姿態，它都能沿發熱中心向外呈輻射狀散 熱，這就為晶體向外全方位散熱創造了條件。
下面對結合實施例附圖對本發明作進一步說明。圖1是本發明實施例結構示意分解圖；圖2是上下熱管熱沉結構分解示意圖；圖3是上下熱管熱沉結構示意圖；圖4A是熱管傳導熱原理圖；圖4B是熱管傳熱熱流圖。圖中1、棒狀晶體；2、銦皮；3、上熱管熱沉；4、下熱管熱沉；5、上半導體製冷器；6、下半導體製冷器；7、液態工質；8、熱管熱沉主殼 體；9、吸液芯；10、熱管熱沉密封蓋。
具體實施方式
如圖1所示，固定在二極體泵浦固體雷射器中的棒狀晶體1的外層固 定有用於傳導棒狀晶體1表面熱量的熱管熱沉。熱管熱沉為上下結構，上熱管熱沉3和下熱管熱沉4將棒狀晶體1夾持，熱管熱沉與棒狀晶體1之 間有過渡銦皮2;上熱管熱沉3上端面與上半導體製冷器5面連接，下熱 管熱沉4下端面與下半導體製冷器6面連接。如圖2和圖3所示，上下熱管熱沉為上下對稱結構，上下兩部分通過 螺釘緊固。上下熱管熱沉四周有連接孔供上下連接。上下熱管熱沉主殼體 8中間均為空腔，空腔內充有液態工質7，空腔周圍有吸液芯9。空腔的形 狀和尺寸以棒狀晶體1大小為設計條件。原則是以棒狀晶體1固定和散熱 充分為前提。本發明實施例中上下熱管熱沉下端面的寬度方向尺寸與棒狀 晶1體相等。空腔為柱狀體。為了固定棒狀晶體1，上熱管熱沉3下端面 有與棒狀晶體1圓周面配合的半圓槽，下熱管熱沉4上端面有與棒狀晶體 1圓周面配合的半圓槽；上下熱管熱沉通過連接孔連接後，上熱管熱沉3 下端面的半圓槽和下熱管熱沉4上端面的半圓槽合成與棒狀晶體1一致的 空間。圖4A和圖4B是熱管傳導熱原理圖和熱流示意圖。熱管由液體工質7、 管殼和管芯組成，液體工質7在一處吸熱蒸發為蒸氣，管內蒸氣流向冷凝 段，冷凝段與半導體製冷器6面連接，在冷凝段放熱凝結後，液體通過管 芯從冷凝段回流到蒸發段，完成熱管熱沉製冷的一次工作循環。發生在熱管中的過程有三 一，被泵浦晶體中所產生的熱量使與之接 觸部分(蒸發端)管內的液態工質7氣化；二，氣態工質7向冷凝段運動， 在冷凝段液化釋放潛熱；三，冷凝液體靠管芯的毛吸力回流到蒸發段。這 三個過程都是連續同時進行的。
權利要求
1、二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法，它包括固定在泵浦固體雷射器中的棒狀晶體(1)，其特徵是棒狀晶體(1)的外層固定有用於傳導棒狀晶體(1)表面熱量的熱管熱沉，熱管由液體工質(7)、管殼和管芯組成，液體工質(7)在一處吸熱蒸發為蒸氣，管內蒸氣流向冷凝段，冷凝段與半導體製冷器(6)面連接，在冷凝段放熱凝結後，液體通過管芯從冷凝段回流到蒸發段，完成熱管熱沉製冷的一次工作循環。
2、 根據權利要求1所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法，其特徵是所述的熱管熱沉與半導體製冷器件冷端面連接。
3、 根據權利要求1所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法，其特徵是所述的熱管熱沉與棒狀晶體(1)之間有過渡銦皮(2)包裹層。
4、 根據權利要求1所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，其特徵是所述的熱管熱沉包括上熱管熱沉(3)、下熱管熱沉(4)， 上熱管熱沉(3)與下熱管熱沉(4)中間各留有空腔，與銦皮(2)包裹 的棒狀晶體(1)壓緊面各有半圓壓槽。
5、 根據權利要求4所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，其特徵是所述的上熱管熱沉(3)與下熱管熱沉(4)四周有連 接孔。
6、 根據權利要求4所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，其特徵是所述的上熱管熱沉(3)與下熱管熱沉(4)半圓壓槽 的另一面為平面。
7、 根據權利要求4所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，其特徵是所述的上熱管熱沉(3)與下熱管熱沉(4)空腔內充 液態工質(7)。
8、 根據權利要求1所述的二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉制 冷方法，其特徵是所述的熱管熱沉為上下結構，上熱管熱沉(3)和下 熱管熱沉(4)將棒狀晶體(1)夾持，熱管熱沉與棒狀晶體(1)之間有 過渡銦皮(2);上熱管熱沉(3)上端面與上半導體製冷器(5)面連接， 下熱管熱沉(4)下端面與下半導體製冷器(6)面連接。
全文摘要
本發明涉及一種二極體泵浦固體雷射器，特別是二極體泵浦固體雷射器中晶體熱管熱沉製冷方法，它包括固定在泵浦固體雷射器中的棒狀晶體(1)，其特徵是棒狀晶體(1)的外層固定有用於傳導棒狀晶體(1)表面熱量的熱管熱沉，熱管由液體工質(7)、管殼和管芯組成，液體工質(7)在一處吸熱蒸發為蒸氣，管內蒸氣流向冷凝段，冷凝段與半導體製冷器(6)面連接，在冷凝段放熱凝結後，液體通過管芯從冷凝段回流到蒸發段，完成熱管熱沉製冷的一次工作循環。它的熱沉熱阻小，適用於大功率二極體泵浦固體雷射器，能及時將雷射晶體內的高密度廢熱傳導至冷源。
文檔編號H01S3/042GK101252248SQ20071018844
公開日2008年8月27日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者文建國, 李兵斌, 王石語, 蔡德芳, 振 過 申請人:西安電子科技大學