專利名稱：激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光二極管端面泵浦固體激光器，特別是激光二極管 端泵固體激光器中晶體端頭散熱裝置。
背景技術(shù)：
對于激光二極管端面泵浦固體激光器，泵浦光空間分布以及晶體對泵 浦光軸向的吸收，引發(fā)端面形變、熱應(yīng)力雙折射和熱透鏡效應(yīng)，其中端面 形變、熱應(yīng)力的存在，使得高功率泵浦時，晶體表面產(chǎn)生形變并有可能損 壞，限制了泵浦功率的有效注入以及輸出激光功率的提高。因此，如何合 理的設(shè)計散熱系統(tǒng)對于固體激光器至關(guān)重要。
在激光二極管端面泵浦固體激光器中，激光介質(zhì)的吸收系數(shù)為
(mm')，則泵浦光/,在介質(zhì)內(nèi)經(jīng)過一段距離/后，衰減為/,f，即被介質(zhì) 吸收的光能為A/W,(1-"')。摻雜1%的Nd:YAG晶體吸收長度大約為2腿， 即在距離晶體泵浦端2鵬處，入射光強衰減為原來的I/e，入射光大約78% 能量在距離晶體泵浦端0 3mm的范圍內(nèi)被吸收，導(dǎo)致晶體端頭附近的溫 度迅速升高。
現(xiàn)在激光二極管端面泵浦固體激光器多數(shù)采用銅熱沉直接夾持激光 晶體棒，銅熱沉中通水或者外側(cè)加半導(dǎo)體制冷器，以此達到降低激光晶體 溫度的目的，銅的導(dǎo)熱率386(W/m'K)， Nd:YAG晶體的導(dǎo)熱率14(W/m'K), 雖然可以較有效的降低晶體的溫度，但是對于端頭附近需要重點冷卻的區(qū) 域散熱效果并不理想。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭 散熱裝置，以便提高晶體端頭散熱效率，提高激光二極管端泵固體激光器輸出功率。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，設(shè)計一種激光二極管端泵固體激光 器中晶體端頭散熱裝置，它至少包括構(gòu)成激光二極管端泵固體激光器的晶 體棒3、包裹晶體棒3的銦皮4和銅熱沉1，其特征是晶體棒3靠近泵
浦源一端套接有碳化硅金剛石塊2。
所述的晶體棒3與碳化硅金剛石塊2由上下兩塊銅熱沉1夾持固定。 所述的碳化硅金剛石塊2是由兩塊對稱的半圓環(huán)體構(gòu)成，兩塊半圓環(huán)
體凹面相對合并構(gòu)成一中空的圓柱體。 所述的晶體棒3的尺寸是^2X10mm。
所述的碳化硅金剛石塊2的套接位置在距離晶體泵浦端面至0-3mm的 范圍內(nèi)。
所述晶體棒3和碳化硅金剛石塊2與上下夾持的兩塊銅熱沉1之間有 銦皮4。
所述的銦皮4厚度5〈0. lmm。
所述的中空圓柱體內(nèi)徑為-2咖，外徑為-10mm,長度為3mm。 所述的晶體棒3采用Nd:YAG。
本實用新型由于在激光二極管端泵固體激光器中的晶體棒靠近泵浦源 一端套接碳化硅金剛石塊，同時晶體棒與碳化硅金剛石塊由上下銅熱沉夾 持固定，使Nd:YAG晶體棒端面附近產(chǎn)生的熱量迅速被碳化硅金剛石導(dǎo)走。 如晶體棒的尺寸是^2X10mm，原始結(jié)構(gòu)中激光介質(zhì)與銅熱沉接觸的表面積 約為62. 8mm2。如果加入內(nèi)徑-2咖，外徑^10咖，長度3mm的碳化硅金剛石， 則晶體和金剛石塊構(gòu)成的整體與銅熱沉接觸的表面積約為213. 6mm2，與銅 熱沉的接觸面積擴大，將降低晶體內(nèi)部熱耗的散熱密度，提高晶體端頭散 熱效率?？刂凭w溫度，減小熱效應(yīng)的影響，使激光器輸出功率增大。

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型作進一步說明。圖1是本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中銅熱沉結(jié)構(gòu)示意圖3是圖1中碳化硅金剛石2與Nd: YAG晶體棒3組裝圖。 圖4是圖3的左視圖。
圖5是實施例整體結(jié)構(gòu)尺寸圖，尺寸的單位是毫米。
圖中1、銅熱沉；2、碳化硅金剛石塊；3、晶體棒；4、銦皮。
具體實施方式
如圖1所示，激光二極管端泵固體激光器中的晶體棒靠近泵浦源一端
套接碳化硅金剛石塊2，晶體棒3采用Nd:YAG， Nd:YAG晶體棒3和碳化硅 金剛石塊2外圓包裹銦皮4由上下銅熱沉1夾持固定。由上下銅熱沉1將 晶體棒3的熱量傳導(dǎo)給冷源如半導(dǎo)體制冷器吸收。由于碳化硅金剛石塊2 的導(dǎo)熱率是600(W/m'K)，高于Nd:YAG和銅。因此，Nd:YAG晶體棒3端 面3mm內(nèi)產(chǎn)生的熱量將會迅速被碳化硅金剛石塊2導(dǎo)走。此外，原先-2X 10鵬激光介質(zhì)的表面積約為62. 8mm2，如果加入內(nèi)徑-2mm,外徑-10mm， 長度3mm的碳化硅金剛石塊2，銅熱沉1接觸的表面積約為213. 6mm2，與 熱沉的接觸面積擴大，將進一步降低晶體內(nèi)部熱耗的散熱密度，提高散熱 效率。
如圖2所示，上下銅熱沉1采用方型對稱結(jié)構(gòu)，上下銅熱沉l結(jié)合面 有與Nci:YAG晶體棒3與碳化硅金剛石塊2相同外形的腔體，腔體的大小 包括Nd:YAG晶體棒3和碳化硅金剛石塊2外圓包裹銦皮4的空間。
圖3是碳化硅金剛石塊2與Nd:YAG晶體棒3組裝圖。受到現(xiàn)有加工 條件的限制，碳化硅金剛石塊2要達到晶體棒3的長度費用太高，對于我 們使用的激光介質(zhì)而言，入射光大約78%能量在距離晶體端面0 3mm的范 圍內(nèi)被吸收，因此碳化硅金剛石塊2長選取3mm，套接在距離晶體泵浦端 面開始的3mm處。為了使碳化硅金剛石塊2與上下夾持的兩塊銅熱1沉之 間接觸良好，碳化硅金剛石塊2和Nd:YAG晶體棒3外圈包裹銦皮4后由上下兩塊銅熱沉1夾持，選取銦皮4厚度〈0. lmm。如圖4所示，碳化硅金剛石塊2是具有一定長度的半圓環(huán)體，兩塊半 圓環(huán)體凹面相對合并形成中空的圓柱體。圖5是套接碳化硅金剛石塊2和晶體棒3尺寸說明圖，碳化硅金剛石 塊2整體尺寸為內(nèi)徑-2咖，外徑^10ram，長度3mm;晶體棒3的尺寸是-2 X10鵬?？傮w上講，本實用新型具有的特點之一是提高了激光介質(zhì)端頭附近散 熱效率，碳化硅金剛石塊2的導(dǎo)熱率遠高于配:YAG，能夠迅速的帶走晶體 端頭附近產(chǎn)生的熱量。特點之二是提高了與銅熱沉l的接觸面積，降低激 光介質(zhì)熱耗的散熱密.度。對于圖1的安裝可通過如下步驟完成實施歩驟1:在Nd:YAG晶體棒3包銦皮4厚度5<0. 1咖。實施步驟2:將兩塊半環(huán)形碳化硅金剛石塊2與Nd:YAG晶體棒3泵浦 端面對齊，將碳化硅金剛石塊2緊扣在Nd: YAG晶體棒3的端頭0 3im處， 并在碳化硅金剛石塊2合成的柱面外側(cè)包銦皮4厚度cKO. iram。實施歩驟3:在整體外面對稱的加兩塊銅熱沉l，并且固定。
權(quán)利要求1、激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散熱裝置，它至少包括構(gòu)成激光二極管端泵固體激光器的晶體棒(3)、包裹晶體棒(3)的銦皮(4)和銅熱沉(1)，其特征是晶體棒(3)靠近泵浦源一端套接有碳化硅金剛石塊(2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的晶體棒(3)與碳化硅金剛石塊(2)由上下兩 塊銅熱沉(1)夾持固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散熱裝置，其特征是所述的碳化硅金剛石塊(2)是由兩塊對稱的半圓環(huán)體構(gòu)成，兩塊半圓環(huán)體凹面相對合并構(gòu)成一中空的圓柱體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的晶體棒(3)的尺寸是-2X10mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的碳化硅金剛石塊(2)的套接位置在距離晶體 泵浦端面至0-3mm的范圍內(nèi)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述晶體棒(3)和碳化硅金剛石塊(2)與上下夾持 的兩塊銅熱沉(1)之間有銦皮(4)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的銦皮(4)厚度5<0. lmm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的中空圓柱體內(nèi)徑為-2mm，外徑為-10mm，長度 為3mm。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散 熱裝置，其特征是所述的晶體棒(3)采用Nd:YAG。
專利摘要本實用新型涉及激光二極管端面泵浦固體激光器，特別是激光二極管端泵固體激光器中晶體端頭散熱裝置，它至少包括構(gòu)成激光二極管端泵固體激光器的晶體棒(3)、包裹晶體棒(3)的銦皮(4)和銅熱沉(1)，其特征是晶體棒(3)靠近泵浦源一端套接有碳化硅金剛石塊(2)。它可以提高晶體端頭散熱效率，提高激光二極管端泵固體激光器輸出功率。
文檔編號H01S3/042GK201130813SQ20072012608
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)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