[发明专利]碟片式激光介质和热沉基座的高效焊接方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料焊接技术领域，具体涉及碟片式激光介质和热沉基座的高效焊接方法。

背景技术：

碟片激光介质是指厚度仅有200μm左右的激光介质，该设计理念的提出，有效地解决了固体激光器的热效应问题，实现了固体激光器高平均功率、高峰值功率、高效率、高光束质量的完美结合。这一创新理念将固体激光器推向了一个新时代。碟片激光器以其极佳的光束质量和转换效率在工业制造业中得到了日益广泛的应用。

广义的碟片激光介质是指将很薄的激光介质和热沉基底焊接在一起的成品，其工作性能取决于介质和热沉基底之间焊接层导热效果的好坏，而焊接工艺是直接决定焊接层导热效果的关键因素。然而，目前全球仅有德国Trumpf公司具有生产碟片激光介质成品的技术，且焊接过程复杂、成本很高、价格昂贵。国内仅有少数研究机构开展碟片激光介质成品研究工作，但目前的焊接工艺容易导致在焊接层中形成空隙，严重影响了导热效果，该工作目前正在紧张的研究过程中。我国在激光晶体生长及加工制作方面已经有多年的积累，目前在世界上处于领先地位，但在碟片介质成品（单纯的碟片激光介质和热沉基底焊接在一起）方面却欠佳。

传统的碟片式激光介质和热沉基座之间的焊接过程如下所述：碟片激光介质通常具有很大的表面积厚度比，实际过程中采用离子束溅射设备在激光介质下端面镀制不同厚度的金属铬（Cr）和金（Au）对介质实施金属化。介质和热沉之间的焊料选用金属铟，焊接时将晶体放于真空回流炉充以弱酸加热至180 °C进行焊接。然而，此种焊接方法存在着如下的问题：一方面：铟焊料常温下为固体；另一方面：高温条件下，液化的铟焊料难以均匀细致地涂抹在碟片激光介质散热面和热沉上端面，这两方原因导致在焊接层中容易形成气泡（空隙），从而带来接触面区域的附加热阻，在介质工作时会形成局部高温，严重时甚至会损坏激光介质；另外，由于是在高温条件下进行焊接，且介质和热沉的热膨胀系数并不一致，因此在恢复常温后会带来因为冷缩程度不一致而导致的残留应力，直接影响了碟片激光介质的光学性能。

发明内容：

本发明提供一种碟片式激光介质和热沉之间高效焊接方法，以克服现有技术在焊接层中有气泡，导致接触面区域有附加热阻且存在残留应力的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种碟片式激光介质和热沉基座的高效焊接方法，首先是将金属铜（Cu）制作成和碟片激光介质尺寸相匹配的热沉基座，热沉基座中部设置有凹槽，采用粘胶剂将碟片介质和热沉基座粘接，再将锡镓铟液态合金通过热沉基座上的通孔灌入热沉基座的凹槽内。

上述碟片介质的下端面镀制光学介质薄膜。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、提高介质和热沉之间的导热效率：①保证焊接层和碟片激光介质下端面及热沉百分之百接触，消除传统焊接工艺在焊接层形成的气泡；②以锡镓铟（液态金属）为热传导介质实现碟片激光介质和热沉之间的连接。锡镓铟在常温下为液态的镓基合金，且具有导热导电性能好、流动性好、胀缩率小、环保无毒性等特性，尤其是锡镓铟液态合金能够浸润大多数金属表面，而碟片激光介质下端面恰好镀金属铬，且热沉也使用金属铜制成，因此选用此种合金作为焊料，或作为碟片式激光介质和热沉之间的导热材料，可以很好地处理发热面和热沉之间的接触问题，能够消除接触面间隙中的气泡，从而实现碟片式激光介质下端面和热沉之间的百分之百接触，消除附加热阻，使焊接层的导热效果发挥到最佳状态；

2、实现整个焊接过程在常温下进行，消除了传统焊接过程中因高温带来的残留应力，保证介质在最优状态下工作。

附图说明：

图1是锡镓铟“焊接”碟片激光介质和热沉示意图；

图2是焊接效果示意图；

其中，图2（a）是以锡镓铟为热传导介质接触效果示意图，图2（b）是传统焊接方法接触效果示意图。

具体实施方式：

下面将结合附图对本发明进行详细地说明。

参见图1，一种碟片式激光介质和热沉基座的高效焊接方法，首先是将金属铜（Cu）制作成和碟片激光介质尺寸相匹配的热沉基座2，热沉基座2中部设置有凹槽，采用粘胶剂将碟片介质1和热沉基座2粘接，再将锡镓铟液态合金3通过热沉基座2上的通孔灌入热沉基座2的凹槽内。