专利名称：一种激光工作物质的夹持散热方法及结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种激光工作物质的夹持散 热方法及结构。
背景技术：
目前，固体激光器已在国民经济的各个领域得到了广泛应用。对
于LD (Laser Diode,激光二极管)泵浦的固体激光器，输入的能量 大部分都转化为热而耗散掉了，只有少部分能够转化为激光输出；电 光效率大约百分之十几。因此，在固体激光器中，激光介质的热效应 严重制约了激光器的输出性能和可靠性。
激光材料的热光效应造成激光工作物质的整体温度升高和局部 温度升高。整体温度升高造成的危害有光谱线加宽、能级寿命缩短、 阈值升高、输出功率减少和器件效率下降；局部温度升高所引发的温 度梯度将导致热应力、热致双折射和热透镜效应。过大的热应力将 使激光工作物质产生裂紋甚至碎裂；热致双折射造成的危害包括引
起偏振光退偏、器件损耗增加、阈值升高和效率降低；热透镜效应造
成的危害包括光束质量变差、发散角增大、单模体积减小、输出降
综上所述，在固体激光器设计中，散热设计和热控管理至关重要。 现有技术中激光工作物质的散热方法通常是将激光棒浸在冷却液中 或在激光棒外壁套冷却水套管。无论釆用哪种方法，冷却液或冷却水 都不可避免地对泵浦光产生不同程度的污染，导致泵浦效率下降，影 响激光器的输出功率和光東质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光工作物质的夹持散热方法及结构，最大限度地减少热光效应的危害，以提高激光工作物质的能量转化效 率。
为了达到上述目的，本发明的技术方案提出一种激光工作物质的 夹持散热方法，散热模块与LD泵浦模块相配合，上下左右交错放置， 组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中
间的激光介质；
对于激光介质产生的热量，无论是径向分布还是轴向分布的热
流，这种犬牙交错的周期性散热结构都能达到理想的散热效果；同时, 能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的温度场分布更 均匀；从而最大限度的减少热光效应的危害；通过该方法能够提高激 光器的能量转换效率和明显改善光束质量。
上述的夹持散热方法中，多个散热模块与多个LD泵浦模块组成 犬牙交错的周期性排列结构。
上述的夹持散热方法中，所述的犬牙交错的散热模块分散了夹持 应力，避免了机械应力的集中。
上述的夹持散热方法中，散热模块前端点焊簿铝箔，簿铝箔与激 光介质侧面柔性软接触，此种'软'夹持方式能够极大的减小机械应 力。
上述的夹持散热方法中，散热模块上的铝箔对泵浦光具有髙反射 率，可将泵浦光二次返回到激光介质中，能够提高泵浦光的利用效 率。
上述的夹持散热方法中，所述散热模块的散热冷却方式为液冷、 气冷或风冷。
本发明的技术方案还提出一种激光工作物质的夹持散热结构，所
述激光工作物质由LD泵浦模块及激光介质组成，该夹持散热结构包 括上基座、下基座及散热模块，
所述散热模块与LD泵浦模块在所述上、下基座上均呈交错排列；位于所述上、下基座之间的激光介质是通过交错排列的散热模块进行
夹持；并且，在所述激光介质的径向上，设于上基座的散热模块、LD 泵浦模块分别与设于下基座的LD泵浦模块、散热模块位置一一对应。
上述的夹持散热结构中，所述散热模块包括开槽底座(18)、沉 头螺钉孔(19)、铝箔(20)、水槽(21)、进水孔(22)及出水孔(23),其中，
所述散热模块通过两个沉头螺钉孔(19)固定在所述上基座或下基 座上；所述铝箔(20)封接在开槽底座(18)上，从而形成水槽(21);所述 进水孔(22)及出水孔(23)分别设置在开槽底座(18)的底面两端。
上述的夹持散热结构中，所述铝箔(20)在朝向所述激光介质的一 面镀有泵浦光的高反膜。
上述的夹持散热结构中，在所述上、下基座上，所述散热模块的 高度比所述LD泵浦模块略高。
上述的夹持散热结构中，所述散热模块的散热冷却方式为液冷、 气冷或风冷。
本发明的技术方案通过基座上散热模块与LD泵浦模块的交错周 期性排列，形成高效的夹持散热结构，能够在提高激光器能量转换效 率的同时，明显改善光束质量。
图l为本发明激光工作物质的夹持散热结构实施例示意图； 图2为图l实施例中的散热模块示意图。
具体实施例方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 图1为本发明激光工作物质的夹持散热结构实施例示意图，如图 所示，本实施例主要包括LD泵浦模块1， 3， 5, 9， 11， 13、激光 棒14、散热模块2， 4, 6, 8， 10, 12和上、下基座7， 15。
散热模块与LD泵浦模块在上基座7、下基座15上均呈交错排列； 位于上、下基座7、 15之间的激光棒14则是通过交错排列的散热模块进行夹持。如图所示，LD泵浦模块1、 3、 5与散热模块2、 4、 6 交错排列，并固定在上基座7上，构成上夹持散热组件16; LD泵浦 模块9、 11、 13与散热模块8、 10、 12交错排列，并固定在下基座 15上，构成下夹持散热组件17。并且，在激光棒14的径向上，设于 上基座7的散热模块、LD泵浦模块分别与设于下基座15的LD泵浦 模块、散热模块位置一一对应，如图所示，上下两个夹持散热组件 16、 17中，LD泵浦模块与散热模块上下成对配合，例如，16中的 LD泵浦模块1对应17中的散热模块8; 16中的散热模块2对应17 中的LD泵浦模块9等。如此在激光棒14的两侧形成犬牙交错的周 期性结构。
上述实施例中犬牙交错的周期性结构带来的好处是无论是径向 分布还是轴向分布的热流，这种周期性散热结构都能达到理想的散热 效果；同时，能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的 温度场分布更均匀。从而最大限度的减少热光效应的危害。
下面以LD泵浦模块3在激光棒14中产生的热流为例来说明上 述犬牙交错周期性结构所带来的益处。
LD泵浦模块3在激光棒14中产生的热流既有径向方向又有轴向 方向。在径向方向上，由散热模块10将沿径向方向产生的热流带走； 在轴向方向上，则由散热模块2和4将沿轴向方向上产生的热流带走。
同时，散热模块10还将LD泵浦模块9和ll产生的轴向热流带 走；散热模块2还将对面LD泵浦模块9产生的径向热流及邻近LD 泵浦模块1产生的轴向热流带走；散热模块4还将对面LD泵浦模块 11产生的径向热流及邻近LD泵浦模块5产生的轴向热流带走。
这样，每个散热模块既负责对面LD泵浦模块产生的径向热流的 散热，又对相邻LD泵浦模块产生的轴向热流有散热贡献。犬牙交错 的周期性结构确保了每个LD泵浦模块的周围都有两到三个散热模块 为激光棒14散热，从而保证径向和轴向的热流均能到达最佳散热效果。
图1所示的实施例中，散热模块的高度要比LD泵浦模块约高
2mm。这样，上下散热组件16、 17夹持激光棒的过程中，只有散热 模块与激光棒接触；而且，散热模块犬牙交错排列可将激光棒14夹 持固定在中间。
本发明散热模块的实施例示意图如图2所示，包括铜质开槽座 18、沉头镙钉孔19、铝箔20、水槽21、进水孔22和出水孔23。
如图所示，左图为横截面主视图，右图为侧面剖视图。其中，散 热模块通过两个沉头镙钉孔19固定在基座7或15上；铝箔20朝向 激光棒14的一面镀有泵浦光的高反膜，将泵浦光二次返回到激光棒 中以提高泵光的利用效率；铝箔20通过点焊封接在铜质开槽座18上， 与铜质开槽形成水槽21为激光棒14散热；进水孔22和出水孔23分 别设置在开槽座18的底面两端，循环水路将激光棒产生的热量通过 铝箔带走。
在上述本实施例的散热模块中， 一方面，铝箔下面就是水层；另 一方面，散热模块呈犬牙交错排列结构。该设计理念带来的有益效果 在于不仅可将激光棒牢固的夹持在中间，而且实现了 '软'夹持的 目的，即对激光棒产生的应力最小。
以上为本发明的一个具体实施例，依据本发明公开的内容，本领 域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案，均应落 入本发明保护的范围。
权利要求
1.一种激光工作物质的夹持散热方法，其特征在于散热模块与LD泵浦模块相配合，上下左右交错放置，组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中间的激光介质。
2. 如权利要求1所述的一种激光工作物质的夹持散热方法，其 特征在于，多个散热模块与多个LD泵浦模块组成犬牙交错的周期性 排列结构。
3. 如权利要求1所述的种激光工作物质的夹持散热方法，其特 征在于，散热模块前端点焊薄铝箔，薄铝箔与激光介质侧面柔性软接 触。
4. 如权利要求1所述的一种激光工作物质的夹持散热方法，其 特征在于，散热模块上的铝箔对泵浦光具有高反射率。
5. 如权利要求1所述的一种激光工作物质的夹持散热方法，其 特征在于，所述散热模块的散热冷却方式为液冷、气冷或风冷。
6. 一种激光工作物质的夹持散热结构，所述激光工作物质由LD 泵浦模块及激光介质组成，该夹持散热结构包括上基座、下基座及散 热模块，其特征在于，所述散热模块与LD泵浦模块在所述上、下基座上均呈交错排列； 位于所述上、下基座之间的激光介质是通过交错排列的散热模块进行 夹持；并且，在所述激光介质的径向上，设于上基座的散热模块、LD 泵浦模块分别与设于下基座的LD泵浦模块、散热模块位置一一对应。
7. 如权利要求6所述的夹持散热结构，其特征在于，所述散热 模块包括开槽底座(18)、沉头螺钉孔(19)、铝箔(20)、水槽(21)、进 水孔(22)及出水孔(23),其中，所述散热模块通过两个沉头螺钉孔(19)固定在所述上基座或下基 座上；所述铝箔(20)封接在开槽底座(18)上，从而形成水槽(21);所述 进水孔(22)及出水孔(23)分别设置在开槽底座(18)的底面两端。
8、 如权利要求7所述的夹持散热结构，其特征在于，所述铝箔 (20)在朝向所述激光介质的一面镀有泵浦光的高反膜。
9、 如权利要求6所述的夹持散热结构，其特征在于，在所述上、 下基座上，所述散热模块的高度比所述LD泵浦模块略高。
10、 如权利要求6所述的夹持散热结构，其特征在于，所述散热 模块的散热冷却方式为液冷、气冷或风冷。
全文摘要
本发明涉及一种激光工作物质的夹持散热方法，其结构包括上基座、下基座及散热模块，其中，散热模块与LD泵浦模块相配合，上下左右交错放置，组成犬牙交错的周期性排列结构；并通过犬牙交错的散热模块夹持中间的激光介质。对于激光介质产生的热量，无论是径向分布还是轴向分布的热流，这种犬牙交错的周期性散热结构都能达到理想的散热效果；同时，能够减小激光工作物质中的温度梯度，使激光介质中的温度场分布更均匀。从而最大限度的减少热光效应的危害，通过该方法能够提高激光器的能量转换效率和明显改善光束质量。
文档编号H01S3/042GK101409420SQ200810227118
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月21日 优先权日2008年11月21日
发明者巩马理, 张海涛, 强 柳, 巍 王, 平 闫, 磊 黄 申请人:清华大学