专利名称：用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器，特别是一种用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块， 尤其适用于聚集大量的大功率激光二极管线形阵列(俗称"巴条")，均匀地侧面泵 浦固体激光介质。
背景技术：
如何聚集较大数量的大功率激光二极管线形阵列(以下简称"巴条")并形成 合适的光场分布，如何实现泵浦光源的快速冷却和恒温控制，以提高泵浦光总功率， 保持光谱稳定和辐照均匀，是大功率全固态激光器中侧面泵浦技术的核心问题。巴 条器件的尺寸不小，而棒状激光介质的的直径有限，在其周围安排很多个巴条成为 一大难题。引进压縮束散的光学系统可以容许泵浦源不必挤在激光介质附近的很小 空间，但是结构很复杂，不但成本上升，可靠性降低，而且辐照的均匀性变坏。发明内容本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种用于棒状激光介质 的侧面环绕泵浦模块，该泵浦模块容许巴条输出腔面离激光介质很近，容许聚集很 多个巴条环绕激光棒，实现高功率的均匀泵浦，同时能够实现泵浦源的快速冷却和 恒温控制。该泵浦模块还具有集成化、模块化、坚固抗震、稳定可靠、结构简单及 成本低等优点。本实用新型的技术解决方案如下一种用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块，是构成泵浦源的基本单元，其 特点包括一个具有冷却液微通道的环状的热沉盘块和均匀地封装在该环状的热沉 盘块内壁上的多个巴条。所述的热沉由热沉芯和热沉框构成，该热沉芯是一中心轴向开有一多边形通 孔的并具有一热沉芯开口的外圆的环形块体，该热沉芯的外圆周上刻设有多条冷 却液微通道沟槽，该多边形通孔内壁的每一个平面构成封装所述的巴条的平台； 所述的热沉框是中心具有一轴向的与所述的热沉芯外形相配的圆形通孔的盘块， 该圆形通孔亦有一热沉框开口通往热沉框之体外，该热沉框的盘块的厚度与热沉 芯环形块体的厚度相同，该热沉框还设有连接所述的微通道沟槽和外界冷却液源的冷却液通道，所述的热沉芯装入所述的热沉框的圆形通孔中组合后，所述的热 沉芯丌口和所述的热沉框开口相重叠，供设置电极引出线支架。所述的热沉框是外形为圆形、或矩形、或其它多边形的盘块。所述的微通道槽沟底部与多边形通孔底部之间的高导热材料层的厚度，即到 巴条衬底的距离为百微米量级。所述的热沉框还设有供泵浦模块组装的多个旋转对称的定位结构，该定位结 构为多对相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多对相互嵌套的定位通孔和插杆。所述的巴条巴条，具有标准的长度l厘米，封装在宽度为2毫米的高导热绝 缘陶瓷上，再封装在所述的热沉芯的多边形通孔的内壁平台上。本实用新型的技术效果,相对于现有技术，本实用新型具有三大优点第一，聚集最多数量的巴条环绕棒状激光介质的圆柱形侧面均匀排布，十分 靠近地直接泵浦，因而能够集中尽可能高的泵浦功率，形成非常均匀的泵浦光场；第二，冷却液紧贴巴条并形成高效带走热量的湍流，通过厚仅几百微米的最佳 导热材料薄层致冷巴条，可实现快速冷却和恒温控制，确保泵浦源与激光介质之间 稳定的高效率光谱耦合；第三，卒发明泵浦模块是以可堆叠、可旋转的盘块为基本单元的模块，便于根 据棒状激光介质的长度将泵浦模块堆叠，成倍地提高泵浦功率，便于从长棒获得更 均匀的增益。
图1是率发明用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块实施例的结构剖视图 图2是热沉芯1的结构图图3本实用新型泵浦模块用于泵浦棒状激光介质的状态结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本实用新型作进一歩说明，但不应以此限制伞发明的 保护范围。先请参阅图1,图1是卒发明用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块的实施 例的结构剖视图，由图可见，本实用新型用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块， 包括一个具有冷却液微通道的环状的热沉盘块和封装在该环状的热沉盘块上的巴 条3。所述的环状的热沉盘块由热沉芯1和热沉框2构成，该热沉芯1为中心轴向 开有一多边形通孔的并具有一热沉芯开口 103的外圆的环形块体，该热沉芯1的外圆周上刻设有多条冷却液微通道沟槽101，该多边形通孔内壁的每一个平面构成 封装所述的巴条3的平台102;所述的热沉框2是中心具有一轴向的与所述的热沉芯1外形相配的圆形通孔的盘块，该圆形通孔亦有一热沉框开口 203通往热沉框2 之体外，该热沉框2的盘块的厚度与热沉芯1环形块体的厚度相同，该热沉框2 还设有连接所述的微通道沟槽101和外界的冷却液源的冷却液通道202，所述的热 沉芯1装入热沉框2的圆形通孔中组合后，所述的热沉芯开口 103和热沉框开口 203相重叠，供设置电极引出线支架4。所述的热沉框2是外形为圆形、或矩形、或其它多边形的盘块。 所述的微通道槽沟101底部与多边形通孔底部之间的高导热材料层的厚度， 即到巴条衬底的距离为百微米量级。所述的热沉框2还设有供本实用新型多个相同的泵浦模块组装的定位结构 201，该定位结构201为多对相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多对相互嵌套的 定位通孔和插杆。所述的巴条3具有标准的长度1厘米，封装在宽度为2毫米的高导热绝缘陶 瓷上，再封装在所述的热沉芯1的多边形通孔的内壁平台102上。本实用新型根据实际需要的泵浦功率和容许排布的空间大小，设计为聚集N个 巴条的侧面泵浦模块。由巴条衬底宽约2毫米、最小激光棒直径2毫米、最薄冷却 液层厚0.5毫米和最薄冷却液套管壁厚0.5毫米这些极限尺寸可知，N的取值至少 能达到5。现以聚集9个巴条的泵浦模块为例进行说明。图1是本实用新型用于棒状激光介质环绕侧面泵浦模块的实施例结构示意图， 包括热沉芯l、热沉框2、巴条3和为巴条组供电的总电极4。热沉芯l采用物化 性能稳定的高导热材料，如紫铜；设计为圆环形块体，该圆环形块体的长度略大于 巴条3的1厘米线阵的长度，热沉芯1的中心开有九边形的通孔，即造成九个平面， 每一个平面都是提供封装大功率巴条的平台102。热沉框2采用物化性能稳定、有 足够刚性强度、易加工的材料，如黄铜；热沉框2取矩形或圆形等外形结构，中心 开有与沉芯1相配的圆形通 L;热沉框2还设计了连接沉芯1的微通道101和外界 的冷却液源相连的冷却液通道202和堆叠模块时必要的安装定位结构(如本实施例 中的定位孔201)。热沉芯1和热沉框2组合，构成尺度在百微米量级的准微通道 101。准微通道槽沟101底部与九边形通孔底部之间的高导热材料图2以机械图形式揭示了热沉芯1的结构。其左图是右图的半剖视图，可以看 得清楚，位于热沉芯l中心的九边形通孔提供了9个平台102，用于封装大功率巴 条；在热沉芯1上环绕其圆周刻有许多个冷却液微通道槽沟101。巴条3具有标准的长度1厘米，封装在宽度约为2毫米的高导热绝缘陶瓷上。 在本实施例中，这样的巴条共有9个，被分别封装在热沉芯1中心的九边形内孔的 壁上，即9个平台102上。如此构成整个泵浦模块，其中心具有一个多边形的通孔，供安装配备冷却液套 管6的棒状激光介质5。因此，这个多边形的内切圆直径，应设计为略大于激光棒 冷却液套管6的外径。图3表示了本实用新型泵浦模块用于泵浦棒状激光介质的实施情况的结构示意 图。棒状激光介质5及其冷却液套管6被安装在本实用新型泵浦模块的中心多边形 通孔内，其轴线与多边形通孔的轴线完全重合。9个大功率巴条3均匀排布在环绕 棒状激光介质5及其冷却液套管6的热沉芯1的9个平台102上，贴近泵浦激光棒。热沉框2带有冷却液的通道202，不仅连通准微通道IOI，而且能够与相邻模 块的冷却液通道202配接，以便堆叠模块之需。冷却液通过冷却液通道202，流入 刻在热沉芯1上的准微通道101，透过几百微米厚的高导热薄层，去致冷并恒温控 制巴条3。冷却液可用纯净的去离子的水，或具有优良的导热性能、抗冻性能和抑 菌性能的某种溶液，压力和流量通常由循环液冷系统控制，同时实施温度的调节和 恒温控制。冷却液套管6是为棒状激光介质提供冷却液流通的， 一般采用石英或玻 璃材料，外表面镀有针对泵浦光波长的增透膜。本实用新型用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块，能够根据需要方便地任意 堆叠，可以成倍地提高泵浦功率。让相邻模块绕轴线偏转不同的角度，有可能从长 棒获得更加均匀的增益。
权利要求1、一种用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块，是构成泵浦源的基本单元，其特征在于包括一个具有冷却液微通道的环状的热沉盘块和均匀地封装在该环状的热沉盘块内壁上的多条巴条(3)。
2、 根据权利要求1所述的侧面环绕泵浦模块，其特征在于所述的热沉盘块由 热沉芯(1)和热沉框(2)构成，该热沉芯(1)是一中心轴向开有一多边形通孔 的并具有一热沉芯开口 (103)的外圆的环形块体，该热沉芯(1)的外圆周上刻 设有多条冷却液微通道沟槽(101)，该多边形通孔内壁的每一个平面构成封装所 述的巴条(3)的平台(102);所述的热沉框(2)是中心具有一轴向的与所述的 热沉芯(1)外形相配的圆形通孔的盘块，该圆形通孔亦有一热沉框开口 (203) 通往热沉框(2)之体外，该热沉框(2)的盘块的厚度与所述的热沉芯(1)环形 块体的厚度相同，该热沉框(2)还设有连接所述的微通道沟槽(101)和外界冷 却液源的冷却液通道(202)，所述的热沉芯(1)装入所述的热沉框(2)的圆形 通孔中组合后，所述的热沉芯开口 (103)和所述的热沉框开口 (203)相通，供 设置电极引出线支架(4)。
3、 根据权利要求1所述的侧面环绕泵浦模块，其特征在于所述的热沉框(2) 是外形为圆形、或矩形、或其它多边形的盘块。
4、 根据权利要求1所述的侧面环绕泵浦模块，其特征在于所述的微通道槽沟 (101)底部与多边形通孔底部之间的高导热材料层的厚度，即到巴条衬底的距离为百微米量级。
5、 根据权利要求1所述的侧面环绕泵浦模块，其特征在于所述的热沉框(2) 还设有供泵浦模块组装的多个旋转对称的定位结构(201)，该定位结构(201)为 多对相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多对相互嵌套的定位通孔和插杆。
6、 根据权利要求1至5任一项所述的侧面环绕泵浦模块，其特征在于所述的 巴条(3)具有标准的长度l厘米，封装在宽度为2毫米的高导热绝缘陶瓷上，再 一起封装在所述的热沉芯(1)的多边形通孔的内壁平台(102)上。
专利摘要一种用于棒状激光介质的侧面环绕泵浦模块，包括准微通道液冷热沉和封装于其上的巴条。微通道致冷的泵浦光源环绕棒状固体激光介质，均匀排布，直接辐照。本实用新型能够集中尽可能高的泵浦功率；能够形成均匀的泵浦光场；能够实现泵浦源的快速冷却和恒温控制，确保与激光介质之间稳定的高效率光谱耦合。本实用新型是模块化的，可堆叠、旋转以便成倍地提高泵浦功率，和从长棒获得更均匀的增益。
文档编号H01S3/0941GK201113214SQ200720073289
公开日2008年9月10日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者周国强, 朱小磊, 李小莉, 毕进子, 陆雨田 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所