[发明专利]激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种用于激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持方法，特别是激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持方法。

背景技术

在二极管端面泵浦固体激光器中，激光晶体通常是由热界面物质（比如铟箔）包裹后由金属散热热沉夹持，热界面物质的厚度一般在几十到几百微米之间。由于金属热沉的热导率远大于晶体的热导率，通过循环水流或TEC散热的方法，可以使热沉整体为恒定温度（例如20℃）。实际中，绝对光滑的表面是不存在的，晶体的表面和热沉的表面都具有一定粗糙度，使得晶体棒与热沉间存在一定的接触热阻（                                               分别为界面间传热温差、传热量、传热距离、热导率和传热面积)。对于圆棒状激光晶体，一般采用两块带有半圆型凹槽的金属热沉夹持散热。

此时，装配压力方向垂直于两块热沉的结合面，晶体棒侧面在与热沉凹槽底部接触处受到的径向装配压强最大，在两块热沉结合面方向处受到的径向装配压强为零。实际中，热界面物质的厚度远大于晶体棒与热沉接触表面的粗糙度，晶体和热沉无直接接触点。由于晶体棒与热沉间接触热导起作用的力为晶体侧面受到的装配压力的径向分量，晶体棒侧面径向装配压强大的地方，热界面物质取代了较多的空气间隙，提高了此处晶体棒与热沉间的接触热导；径向装配压强较小地方，空气间隙即存在于热沉与热界面物质间，又存在于晶体棒与热界面物质间，此处晶体棒与热沉间的接触热导很小。采用两块热沉夹持圆棒状激光晶体时，由于接触热导在晶体棒与热沉间分布不均匀，热耗在不同的周向角处按不同的热流量传递，导致晶体中的温度场分布非轴对称，从而使热透镜效应、热应力双折射效应和端面形变效应等热效应非轴对称性，影响了输出光质量，甚至致使晶体棒因受热不均而炸裂。两块热沉夹持晶体时，晶体棒周围接触热阻相对较大，从而增加了晶体棒的整体温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持方法和装置，消除传统两块热沉加持晶体的缺陷，并提供加持圆形激光晶体和四棱形激光晶体的夹持装置。

本发明的技术方案是激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持方法，包括激光晶体棒的包裹铟箔、金属热沉、金属框架和金属框架上面的顶丝，每块金属热沉上有循环水流通道，其特征是：金属热沉的数量不小于三块，并对称加持激光器晶体，每块金属热沉的夹持面契合激光器晶体的接触面；金属框架是多边形，并根据金属热沉的数量决定多边形边数，每块金属热沉通过顶丝与金属框架每条边固定连接，通过使用顶丝夹紧激光器晶体。

所述的金属框架包括金属凸台。

圆形激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持装置，它至少包括圆形激光晶体、激光晶体棒的包裹铟箔、金属热沉、金属框架和金属框架上面的顶丝，每块金属热沉上有循环水流通道，金属框架内有金属凸台，其特征是：金属热沉的数量不小于三块，并对称夹持圆形激光器晶体，每块金属热沉夹持面为圆弧面，并契合圆形激光器晶体的接触面；金属框架是多边形，并根据金属热沉的数量决定多边形边数，每块金属热沉通过顶丝与金属框架每条边固定连接。

四棱形激光二极管端泵固体激光器晶体散热热沉的夹持装置，它至少包括四棱形激光晶体、激光晶体棒的包裹铟箔、金属热沉、金属框架和金属框架上面的顶丝，每块金属热沉上有循环水流通道，金属框架内有金属凸台，其特征是：金属热沉的数量是四块，并对称夹持圆形激光器晶体，每块金属热沉夹持面为平面，并契合四棱形激光器晶体的接触面；金属框架是多边形，并根据金属热沉的数量决定多边形边数，每块金属热沉通过顶丝与金属框架每条边固定连接。

本发明的特点是采用三块以上热沉夹持圆形激光器晶体时，每个单块热沉只与晶体侧面三分之一下的圆弧面相接触；采用四块热沉夹持四棱形激光器晶体时，每个单块热沉只与晶体一个面接触，在金属框架上顶丝的作用力下，各块热沉对称分布组合夹持圆棒状激光晶体。各块热沉独自受力，不存在晶体侧面径向受力为零的点，晶体侧面径向压强整体变均匀，提高了晶体与热沉的紧密结合程度，晶体与热沉间的接触热导在圆周方向不存在零值，其分布变得均匀，接触热阻的整体数值减小。激光器晶体温度沿表面均匀变化，温度最大值变小，对于晶体热效应的轴对称性，及防止晶体端面局部温度过高而炸裂有所帮助。金属框架设计有金属凸台，可以防止夹紧过程中激光器晶体的轴向转动。

附图说明

下面将结合实施例对本发明作进一步的说明：

图1是三块热沉、圆形激光器晶体的夹持装置；