一種激光增益晶體柔性散熱器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種激光增益晶體柔性散熱器的技術(shù)方案，該方案包括有冷卻底座、設(shè)置在冷卻底座上的增益晶體、上固定罩、頂柔性釋熱單元、側(cè)柔性釋熱單元；上固定罩固定在冷卻底座上方；頂柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩內(nèi)；頂柔性釋熱單元與增益晶體頂面接觸；側(cè)柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩和冷卻底座之間；側(cè)柔性釋熱單元與增益晶體側(cè)面接觸。該方案結(jié)合了熱補(bǔ)償原理、柔性釋熱原理和微型冷卻通道技術(shù)，有效提高了增益晶體的耐溫沖擊性能、抗振動(dòng)性能和散熱能力，能夠有效解決大溫差、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下激光器對(duì)環(huán)境溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種激光增益晶體柔性散熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是激光器技術(shù)，尤其是一種激光增益晶體柔性散熱器。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，固體激光器由于其體積小，功率高，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在光電對(duì)抗、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療以及光譜學(xué)研究等諸多領(lǐng)域中具有極其廣闊的應(yīng)用前景。采用增益晶體作為泵浦模塊的核心器件能夠?qū)崿F(xiàn)極高的泵浦效率，加上其良好的光學(xué)和加工性能，結(jié)合光參量振蕩(0P0)技術(shù)，可以產(chǎn)生寬光譜可調(diào)諧激光輸出，并且將現(xiàn)有的lym激光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到中紅外3-5 μπι波段。但是如果增益晶體在泵浦光源激發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不及時(shí)帶走的話會(huì)對(duì)晶體安全性造成極大的威脅。為保證出光光學(xué)指標(biāo)，往往還需控制增益晶體的溫度范圍及分布均勻性。為提高激光器整機(jī)的可靠性與環(huán)境適應(yīng)性，需要在保證增益晶體具備足夠抗振動(dòng)性能的同時(shí)，保持極高的耐溫度沖擊性能和良好的散熱能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種激光增益晶體柔性散熱器的技術(shù)方案，該方案結(jié)合了熱補(bǔ)償原理、柔性釋熱原理和微型冷卻通道技術(shù)，有效提高了增益晶體的耐溫沖擊性能、抗振動(dòng)性能和散熱能力，能夠有效解決大溫差、強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境下激光器對(duì)環(huán)境溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性問(wèn)題。
[0004]本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種激光增益晶體柔性散熱器，包括有冷卻底座、設(shè)置在冷卻底座上的增益晶體、上固定罩、頂柔性釋熱單元、側(cè)柔性釋熱單元；上固定罩固定在冷卻底座上方；頂柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩內(nèi)；頂柔性釋熱單元與增益晶體頂面接觸；側(cè)柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩和冷卻底座之間；側(cè)柔性釋熱單元與晶體側(cè)面接觸。
[0005]作為本方案的優(yōu)選:頂柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；接觸片與增益晶體接觸；緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力。
[0006]作為本方案的優(yōu)選:側(cè)柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；接觸片與增益晶體接觸；緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力。
[0007]作為本方案的優(yōu)選:上固定罩內(nèi)設(shè)置有上冷卻通道；冷卻底座內(nèi)設(shè)置有下冷卻通道。
[0008]作為本方案的優(yōu)選:上冷卻通道和下冷卻通道之間聯(lián)通。
[0009]作為本方案的優(yōu)選:緩沖部件采用高彈性硅膠，在尺寸與結(jié)構(gòu)上結(jié)合增益晶體、溫控底座、接觸片、預(yù)緊機(jī)構(gòu)和保持罩等的材料的熱膨脹系數(shù)整體實(shí)現(xiàn)熱變形匹配，預(yù)緊變形量處于0.2_3mm范圍內(nèi)。
[0010]作為本方案的優(yōu)選:上冷卻通道和下冷卻通道內(nèi)設(shè)置有微型散熱片；微型散熱片的厚度為ο.1-0.3mm。
[0011]本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中通過(guò)微型冷卻通道設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠有效提高散熱器散熱性能和晶體表面溫度分布的均勻性，保證晶體組件安全、可靠的工作；通過(guò)柔性釋熱元件的不同參數(shù)的設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)不同尺寸規(guī)格的晶體和不同環(huán)境溫度和工作溫度的沖擊；通過(guò)熱補(bǔ)償原理和柔性釋熱原理的結(jié)合，能夠保證器件具備足夠的熱適應(yīng)性能的同時(shí)，保證器件具備足夠的剛度以抵抗不同的振動(dòng)環(huán)境。
[0012]由此可見(jiàn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著地進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見(jiàn)的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中，1為冷卻底座，2為上固定罩，3為頂柔性釋熱單元，4為側(cè)柔性釋熱單元，5為接觸片，6為緩沖部件，7為預(yù)緊結(jié)構(gòu)，8為上冷卻通道，9為下冷卻通道，10為增益晶體。

【具體實(shí)施方式】
[0015]為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)一個(gè)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。
[0016]通過(guò)附圖可以看出，本方案包括有冷卻底座、設(shè)置在冷卻底座上的增益晶體、上固定罩、頂柔性釋熱單元、側(cè)柔性釋熱單元；上固定罩固定在冷卻底座上方；頂柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩內(nèi)；頂柔性釋熱單元與增益晶體頂面接觸；側(cè)柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩和冷卻底座之間；側(cè)柔性釋熱單元與增益晶體側(cè)面接觸；頂柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；接觸片與增益晶體接觸；緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力；側(cè)柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；接觸片與增益晶體接觸；緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力；上固定罩內(nèi)設(shè)置有上冷卻通道；冷卻底座內(nèi)設(shè)置有下冷卻通道；上冷卻通道和下冷卻通道之間聯(lián)通；緩沖部件采用高彈性硅膠，在尺寸與結(jié)構(gòu)上結(jié)合晶體、溫控底座、接觸片、預(yù)緊機(jī)構(gòu)和保持罩等的材料的熱膨脹系數(shù)整體實(shí)現(xiàn)熱變形匹配，預(yù)緊變形量處于0.2-3_范圍內(nèi)；上冷卻通道和下冷卻通道內(nèi)設(shè)置有微型散熱片；微型散熱片的厚度為0.1-0.3_。
[0017]本方案的散熱流道系統(tǒng)應(yīng)用了微型冷卻通道設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的散熱效能質(zhì)量比，尤其適用于小型化、輕量化要求較高的情況。增益晶體置于經(jīng)過(guò)精密拋光處理的高精度冷卻底座臺(tái)階安裝面上，通過(guò)上固定罩固定頂柔性釋熱單元和側(cè)柔性釋熱單元壓緊增益晶體的非光學(xué)表面。柔性釋熱單元在一定的柔性預(yù)壓力作用下可靠的夾緊增益晶體，從而保證晶體組件的抗振動(dòng)能力。在選材與尺寸設(shè)計(jì)上，柔性釋熱單元充分考慮了整體結(jié)構(gòu)的熱變形匹配，從而盡最大可能的減少因溫度沖擊傳遞到增益晶體上的熱致應(yīng)力。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化或工作狀態(tài)下增益晶體因產(chǎn)生廢熱不能夠備及時(shí)帶走而承受溫度沖擊時(shí)，柔性釋熱單元通過(guò)自身的調(diào)節(jié)，將大于設(shè)計(jì)預(yù)壓應(yīng)力閾值的熱致應(yīng)力吸收掉，從而保證晶體的安全。
[0018]柔性釋熱單元由接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)三部分組成；接觸片直接與增益晶體接觸，其接觸表面尺寸精度及粗糙度要求極高，需小于Ra0.8以提高接觸精度。材料采用高導(dǎo)熱紫銅以盡可能避免出現(xiàn)局部溫度場(chǎng)對(duì)N增益晶體溫度的均勻性造成影響；緩沖部件采用高彈性硅膠，為增益晶體出現(xiàn)過(guò)大熱致應(yīng)力時(shí)提供應(yīng)力釋放途徑；預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的設(shè)計(jì)預(yù)緊。
[0019]整個(gè)器件設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮各部位不同材料熱膨脹系數(shù)的不同，配合尺寸設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)柔性功能，從而具備極高的溫度適應(yīng)性和抗振動(dòng)能力。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:包括有冷卻底座、設(shè)置在冷卻底座上的增益晶體、上固定罩、頂柔性釋熱單元、側(cè)柔性釋熱單元；所述上固定罩固定在冷卻底座上方；所述頂柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩內(nèi)；所述頂柔性釋熱單元與增益晶體頂面接觸；所述側(cè)柔性釋熱單元設(shè)置在上固定罩和冷卻底座之間；所述側(cè)柔性釋熱單元與增益晶體側(cè)面接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述頂柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；所述接觸片與增益晶體接觸；所述緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述側(cè)柔性釋熱單元包括有接觸片、緩沖部件和預(yù)緊機(jī)構(gòu)；所述接觸片與增益晶體接觸；所述緩沖部件設(shè)置于接觸片和預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間并為器件提供熱致應(yīng)力釋放途徑；所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為器件提供合理的預(yù)緊力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述上固定罩內(nèi)設(shè)置有上冷卻通道；所述冷卻底座內(nèi)設(shè)置有下冷卻通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述上冷卻通道和下冷卻通道之間聯(lián)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述緩沖部件采用高彈性硅膠，在尺寸與結(jié)構(gòu)上結(jié)合增益晶體、溫控底座、接觸片、預(yù)緊機(jī)構(gòu)和保持罩等的材料的熱膨脹系數(shù)整體實(shí)現(xiàn)熱變形匹配，預(yù)緊變形量處于0.2-3mm范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激光增益晶體柔性散熱器，其特征是:所述上冷卻通道和下冷卻通道內(nèi)設(shè)置有微型散熱片；所述微型散熱片的厚度為0.1-0.3_。
【文檔編號(hào)】H01S3/042GK104466628SQ201410754384
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】嚴(yán)從林, 張衛(wèi), 陳永亮, 劉軍, 彭躍峰, 崔鼎, 吳春霞, 柳麗卿, 閆峰 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所