一种基于结构功能一体化的星载激光器结构的制作方法

本发明属于星载激光器，特别涉及一种基于结构功能一体化的星载激光器结构。

背景技术：

1、星载低重频激光器具有结构紧凑，输出能量大，峰值功率高，短时和间歇工作等特点，其短时峰值发热量大大地超过了平均发热量，对系统散热和结构稳定性都有着很高的要求，同时受星上资源限制，需要尽量减轻结构的体积与重量。星载低重频激光器通常采用固体激光器，激光器结构通常采用钛合金材料，其中泵浦安装结构作为一个独立的结构单元，与腔镜，调q晶体等其他光学元件共同安装在激光器壳体内部，需通过螺钉连接泵浦与激光器壳体，同时通过垫片来调整激光准直；

2、但是此种结构模式存在以下不足：(1)结构稳定性受泵浦结构与激光器壳体共同影响的隐患，进而影响激光器的光学输出性能；(2)在峰值功率工况下运行时由于钛合金材料导热系数低，蓄热与导热性能较差，热传递介质多，散热能力不足，会导至激光器内部产热无法及时导出从而导致整机温度过高，进而导致激光出光性能下降，这使得其热可靠性明显降低并且也大大缩短了设备的使用寿命。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于结构功能一体化的星载激光器结构；将泵浦安装结构与激光器壳体一体化设计，得到储能及散热效果更好，结构更紧凑、刚度更好，更轻的光机结构，从而减小结构形变以及激光器产热对光学性能的影响。

2、本发明的技术解决方案是：

3、一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，包括激光器壳体和泵浦组件，所述泵浦组件包括泵浦安装壳体、ld阵列、棒状激光晶体和热沉，所述泵浦安装壳体与激光器壳体的底面为一体化结构，所述热沉设置于泵浦安装壳体的内表面，数量为多个，均匀分布在以所述棒状激光晶体为圆心的圆周上，多个热沉的中心区域形成所述棒状激光晶体的安装空间，棒状激光晶体安装在此安装空间内，所述ld阵列的数量与热沉的数量相等，各ld阵列通过ld底板安装于泵浦安装壳体的内表面，在以所述棒状激光晶体为圆心的圆周上分布于热沉之间。

4、优选的，所述激光器壳体由固液相变材料制备。

5、优选的，所述固液相变材料内均匀填充有泡沫镍填充体。

6、优选的，所述泡沫镍填充体的孔隙率大于等于95％，孔径为0.5mm。

7、优选的，所述泡沫镍填充体的形状为圆柱体。

8、优选的，所述固液相变材料的相变温度为10℃～25℃。

9、优选的，所述热沉和ld阵列的数量为3。

10、优选的，所述热沉为锥形结构，任意两个相邻热沉的相邻表面形成的锥角的角度范围为12°～16°。

11、优选的，所述热沉的表面镀镍处理，镀镍层的厚度≤12μm，所述镀镍层外镀金保护。

12、优选的，所述ld阵列到棒状激光晶体距离的取值范围为15mm～20mm。

13、本发明与现有技术相比的优点在于：

14、(1)本发明通过将泵浦安装结构与激光器结构一体化设计，整个泵浦均直接安装在壳体上，减少了螺纹紧固连接，形式简单，结构紧凑，增强结构稳定性并且减少了一定的自身重量，减少了由于结构本身变形对光学性能的影响；

15、(2)本发明泵浦蓄热热沉与激光器底面连通，使泵浦过程产生的热能直接导入激光器壳体底面，避免了传统结构中过多的热传导介质带来的热传递功率下降的问题，明显的提高内部与外部之间的热传导能力，提高整机的散热性能；

16、(3)本发明激光器壳体使用固-液相变储能材料作为激光器泵浦一体化结构的加工材料，相比于传统金属材料，大大提高了蓄热能力，可以有效地解决泵浦工作中存在的散热问题，使激光器工作过程中产生的热能尽快的传递到外部环境当中，使激光器的恒温性更好；

17、(4)本发明激光器壳体使用泡沫镍对固-液相变储能材料进行填充，提高相变储能装置的导热性能，进一步改善了装置的整体热性能与可靠性，从而使激光器结构的导热性能极大增强。

技术特征：

1.一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，包括激光器壳体(1)和泵浦组件，所述泵浦组件包括泵浦安装壳体、ld阵列(2)、棒状激光晶体(3)和热沉，所述泵浦安装壳体与激光器壳体(1)的底面为一体化结构，所述热沉设置于泵浦安装壳体的内表面，数量为多个，均匀分布在以所述棒状激光晶体(3)为圆心的圆周上，多个热沉的中心区域形成所述棒状激光晶体(3)的安装空间，棒状激光晶体(3)安装在此安装空间内，所述ld阵列(2)的数量与热沉的数量相等，各ld阵列(2)通过ld底板(7)安装于泵浦安装壳体的内表面，在以所述棒状激光晶体(3)为圆心的圆周上分布于热沉之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述激光器壳体(1)由固液相变材料制备。

3.根据权利要求2所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述固液相变材料内均匀填充有泡沫镍填充体。

4.根据权利要求3所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述泡沫镍填充体的孔隙率大于等于95％，孔径为0.5mm。

5.根据权利要求4所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述泡沫镍填充体的形状为圆柱体。

6.根据权利要求5所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述固液相变材料的相变温度为10℃～25℃。

7.根据权利要求1所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述热沉和ld阵列(2)的数量为3。

8.根据权利要求1所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述热沉为锥形结构，任意两个相邻热沉的相邻表面形成的锥角的角度范围为12°～16°。

9.根据权利要求1所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述热沉的表面镀镍处理，镀镍层的厚度≤12μm，所述镀镍层外镀金保护。

10.根据权利要求1所述的一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，其特征在于，所述ld阵列(2)到棒状激光晶体(3)距离的取值范围为15mm～20mm。

技术总结
本发明提供了一种基于结构功能一体化的星载激光器结构，包括激光器壳体和泵浦组件，泵浦组件包括泵浦安装壳体、LD阵列、棒状激光晶体和热沉，泵浦安装壳体与激光器壳体的底面为一体化结构，热沉设置于泵浦安装壳体的内表面，数量为多个，均匀分布在以棒状激光晶体为圆心的圆周上，多个热沉的中心区域形成棒状激光晶体的安装空间，棒状激光晶体安装在此安装空间内，LD阵列的数量与热沉的数量相等，各LD阵列通过LD底板安装于泵浦安装壳体的内表面，以棒状激光晶体为圆心分布于热沉之间。激光器壳体由泡沫镍填充的固液相变材料制备。本发明通过结构功能一体化设计，结构紧凑、刚度好，有效提高了星载激光器的散热效果和光学性能。

技术研发人员：蒋硕,邓永涛,齐明,蒙裴贝,史文宗,伏瑞敏,髙卫军
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13