[发明专利]一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统及方法

说明书

本发明属于激光器技术领域，提供了一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统及方法，解决现有激光二极管阵列使用寿命短和可靠性差的问题。其中系统包括热沉、相变材料、相变增强材料、散热器、信息数据采集及处理模块、设在热沉上的加热元件和测温元件，热沉为空腔结构，激光二极管阵列通过热沉上表面的热界面材料设置在热沉上，相变增强材料为填充在热沉空腔内带空隙的导热增强体，并与热沉内表面整体接触充分，相变材料的熔点在激光二极管正常工作范围之内，相变材料填充于导热增强体的空隙中，散热器设置在热沉的下表面，信息数据采集及处理模块分别与加热元件、测温元件连接。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统及方法。

背景技术

激光器主要组成部分为谐振腔、泵浦源及工作物质。泵浦源的作用是对激光工作物质进行激励，将激活粒子从基态抽运到高能级，以实现粒子数反转。常见的泵浦方式包含电泵浦、化学泵浦、光泵浦和气动泵浦四种，其中光泵浦和电泵浦方式是应用最为广泛的，电泵浦方式常应用于气体激光器中作为激励源，光泵浦方式则广泛应用于固体和液体激光器中作为激励源。光泵浦是用一束光照射工作物质，使工作物质中的粒子吸收光子的能量而被激励到高能级上，激光二极管(Laser Diode简称LD)泵浦源作为光泵浦的一种，具有效率高，噪声较低，频率稳定，寿命长，结构紧凑等诸多优点，常被用作在光纤激光器中作为泵浦源。

光纤激光器的工作物质一般为掺杂光纤，谐振腔一般为光纤光栅、光纤端面、环形镜等，采用LD的光泵浦方式便于将泵浦光耦合进光纤，且光纤纤芯本身极细，使其本身更容易形成高能级粒子数的累积，将激光二极管形成阵列则可激发产生高功率的激光输出。光纤激光器搭载在卫星上可实现空间自由光通信、空间预警等作用。

激光二极管阵列的工作方式是间歇的，在工作状态下，每个激光二极管进行电光转换时，一部分的能量转化为热能，传导至激光二极管的壳体上,如果激光二极管散热不及时，会造成结温升高，从而使激光二极管的阈值电流密度升高，电光转换效率降低，激光波长发生严重温漂，因此对于激光二极管阵列，其散热问题是亟待解决的问题，严重影响激光二极管的使用寿命和可靠性。

发明内容

为了解决现有激光二极管阵列使用寿命短和可靠性差的问题，本发明提供了一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种高功率激光二极管泵浦源阵列的相变热控系统，其特殊之处在于：包括热沉、相变材料、相变增强材料、散热器及主动加热单元；

所述热沉为空腔结构，激光二极管阵列通过热沉上表面的热界面材料设置在热沉上；所述相变增强材料为填充在热沉空腔内带空隙的导热增强体，并与热沉内表面整体接触充分；所述相变材料的熔点在激光二极管正常工作范围之内，将所述相变材料填充于导热增强体的空隙中；所述散热器设置在热沉的下表面；所述主动加热单元包括加热元件、测温元件、信息数据采集及处理模块；所述加热元件、测温元件均设置在热沉上，加热元件用于对热沉进行加热，测温元件用于测量热沉的温度；所述信息数据采集及处理模块分别与加热元件、测温元件连接，测温元件将信号传输给信息数据采集及处理模块，信息数据采集及处理模块控制加热元件的工作。

进一步地，导热增强体为带空隙的泡沫铜，且孔隙率不低于85％。

进一步地，泡沫铜的孔隙率为95％，且所有的空隙互相连通，并与热沉内表面接触，将相变材料采用灌注的方式填充于泡沫铜的空隙中。

进一步地，上述加热元件为设置在热沉侧面的加热片、电热棒或加热丝；所述测温元件为设置在热沉侧面的热敏电阻、热电偶或者其它类型的温度传感器。

进一步地，上述热界面材料为石墨烯-铜箔复合导热膜，其厚度为9μm。