[发明专利]半导体侧泵激光器的冷却方法和冷却装置

说明书

技术领域

本发明属于固体激光器技术领域，具体涉及半导体侧泵激光器的冷却方法和冷却装置，特别涉及一种可以用于在高注入功率的情况下实现风冷的冷却方法和冷却装置，以应用于不方便使用水冷的地方，例如飞机的激光雷达系统。

背景技术

半导体泵浦固体激光器有大量的热损耗，热主要沉积在激光工作物质和半导体激光器上，半导体激光器可以使用热沉传导冷却，同时必须对激光工作物质进行冷却。现有的冷却方式有传导冷却、液体冷却和风冷方式。

在激光器系统中采用传导冷却的方式，将激光棒直接安装在散热器上，保持激光棒与散热器之间良好的热接触。激光棒固定到散热器的方式有机械夹固、焊接或粘结。由于激光晶体热效应的存在，本身晶体棒内部的热分布就不均匀，同时由于激光棒与散热器之间的接触面不可能完全接触，只能部分接触，引起内部的热分布将分布更不均匀。

在激光器系统中采用液体冷却的方式，消散激光介质、泵浦源和激光腔内产生的热。在通常的情况下，是利用闭合回路冷却系统冷却，其最基本的元件至少包括水泵、热交换器和水箱。冷却设备除上述元件外，还有粒子过滤器、水软化器、水测量仪和监控流量、温度、压强的传感器。如果使用普通的自来水，就必须定期消除有机物和矿物沉淀物形成的垢。冷却液在压力的作用下流经激光棒和灯的表面，灯和激光棒安装在液流管之间，或是激光头主体的冷却箱中。需要冷却的元件和液体之间的温差是液流速度和冷却特性造成的。在液流速度较低时，流动是分层的，绝大部分温降是由于液体界面静止边缘层的单纯热传导的结果；液流速度较高时会产生湍流，传热更有效，温度下降幅度更大。对于对环境要求不高的地方，使用液体冷却是个不错的方案，但是液体冷却所带有的水箱等附属设备较多，在空间有限的地方不方便使用，所以液体冷却导致冷却结构复杂，需要配备水箱，限制了激光器的使用范围。

在激光器系统中采用风冷的方式，在低平均功率激光器尤其是便携式系统中，有时候利用风冷来冷却激光晶体棒。小型轴流或离心风扇能够产生气流，冷却激光头所需的气流决定于棒吸收的热量和气流方向的最大温差。在高注入功率的情况下，如果迫使低压气流进入激光晶体棒表面，同时又保持高传热效率，将会遇到很多困难，激光晶体棒来不及冷却，热效应就得到严重的积累，最后导致激光晶体棒炸裂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是在不能采用水冷的情况下，对高注入功率的半导体侧泵激光器进行有效地冷却。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种半导体侧泵激光器的冷却方法，所述半导体侧泵激光器包括激光腔和设置于激光腔内的激光晶体棒，所述激光腔采用多排半导体bar条对激光晶体棒进行泵浦，所述方法包括：在所述激光腔的腔壁上设置多个喷雾装置，该喷雾装置向所述激光晶体棒喷射水雾；在激光腔中与激光晶体棒平行的方向上设置进风口和出风口，使所述激光腔内的气流从进风口向出风口流动。

根据本发明的一种具体实施方式，所述多排喷雾装置沿着所述激光晶体棒的长度方向设置，各排喷雾装置均匀地分布在所述腔壁的内侧。

根据本发明的一种具体实施方式，该方法还包括：在所述激光腔的内侧腔壁上开设多条狭缝，在每条狭缝中均匀地设置多个喷雾装置，使一条狭缝对应一排喷雾装置。

根据本发明的一种具体实施方式，使喷雾装置的排数等于半导体bar条的排数，所述每排bar条与每排喷雾装置均匀相间地排布在激光腔体内。

本发明还提出一种半导体侧泵激光器的冷却装置，所述半导体侧泵激光器包括激光腔和设置于激光腔内的激光晶体棒，所述激光腔采用多排半导体bar条对激光晶体棒进行泵浦，所述装置包括：多个喷雾装置，设置在所述激光腔的腔壁，该喷雾装置用于所述激光晶体棒喷射水雾；进风口和出风口，设置于激光腔中且与所述激光晶体棒平行的方向上，用于使所述激光腔内的气流从进风口向出风口流动。

根据本发明的一种具体实施方式，所述多排喷雾装置沿着所述激光晶体棒的长度方向设置，各排喷雾装置均匀地分布在所述腔壁的内侧。

根据本发明的一种具体实施方式，所述激光腔的内侧腔壁上开设有多条狭缝，在每条狭缝中均匀地设置多个喷雾装置，以便一条狭缝对应一排喷雾装置。

根据本发明的一种具体实施方式，所述喷雾装置的排数等于所述半导体bar条的排数，所述每排bar条与每排喷雾装置均匀相间地排布在激光腔体内。

根据本发明的一种具体实施方式，所属激光腔体的底部具有聚水管，所述聚水管连接到回收水箱