[发明专利]一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉

说明书

本发明公开了一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉，包括肋基和多个分布在肋基上的肋片；肋基作为碟片激光晶体的载体，其一个端面用于固定碟片激光晶体，另一个端面上分布有同轴排列的肋片；肋片用于增大散热面积，降低对流换热热阻；该热沉应用于碟片激光器射流冲击冷却系统时，其下表面通过射流冲击冷却进行换热，下表面的肋片增加了对流换热的表面积，加快了换热速率；另外，肋片还从结构上增加了整个热沉的强度，且起到分散射流压力的作用，可减小碟片的冲击变形。

技术领域

本发明属于激光器件技术领域，更具体地，涉及一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉。

背景技术

碟片激光器是一种高功率固体激光器，由厚度为0.2mm～0.4mm的碟片激光晶体构成，固定在金属热沉上。泵浦光从碟片激光晶体正面入射，在晶体背面实现冷却，由于碟片激光晶体很薄，径厚比较大，因此冷却效果好，有利于获得高转换效率、高平均功率以及高光束质量的激光输出。然而，在高功率泵浦的条件下，碟片激光晶体作为增益介质仍会产生大量的无用热，影响碟片激光器的性能。

为了提高碟片激光器的输出功率及光束质量，必须提高给定条件下(限定温差)增益介质的传热能力，即需要尽量减小传热热阻。增益介质内部与外部传热是传热过程中的两个串联环节，可从以下几个方面提高碟片激光器的散热能力：第一，减小碟片激光晶体厚度以减小其传热热阻，在这个方向上，现有技术中的碟片激光器几乎已经做到极限，优化的空间很小；第二，优化射流阵列，合理设置喷嘴参数，有效提高换热能力及冷却均匀性；第三，改善热沉的结构。

现有技术中采用射流直接冲击碟片激光晶体的冷却方式减小碟片激光器热阻、提高其热流密度；这种冷却方式可最大限度地减小热沉的热阻，但是，它也存在以下缺点：第一，射流直接冲击碟片激光晶体会导致冷却不均匀而使碟片热畸变严重，甚至破裂；第二，强大的射流冲击压力易导致碟片激光晶体破裂；第三，直接冲击容易损坏碟片激光晶体背面的坏高反膜；另一种方法是在碟片激光晶体背面增加片状热沉，然而这种热沉如果太厚，会使热阻很大，如果太薄，会使其强度减小，冲击压力会使得碟片的形变增加,且长期在高压冷却液的冲击下易损坏。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉，其目的在于在提高碟片激光器传热能力的同时减小由射流冲击压力造成的碟片激光晶体形变。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种适用于碟片激光器射流冲击冷却系统的热沉，包括肋基和多个分布在肋基上的肋片；

肋基作为碟片激光晶体的载体，其一个端面作为热沉的顶面，用于固定碟片激光晶体；肋片的一端固定在肋基的另一个端面上，多个肋片同轴排列；肋片另一端所在的底面为热沉的底面；热沉的底面的整体面型为凸面或者凹面；肋片用于增大散热面积，降低对流换热热阻。

优选地，上述热沉应用于碟片激光器射流冲击冷却系统时，其肋基的直径与碟片激光晶体的封装尺寸匹配，热沉底面的整体面型与碟片激光晶体的封装面型匹配，当碟片激光晶体封装面型为凸面，采用底面整体面型为凸面的热沉，以防止冲击加重碟片激光晶体的畸变；当碟片激光晶体封装面型为平面，采用底面整体面型为凸面的热沉，以补偿射流冲击对碟片激光晶体造成的形变；当碟片激光晶体封装面型为凹面，采用底面整体面型为凹面的热沉，以通过射流冲击压力来补偿碟片激光晶体封装时所产生的凹面变形。

优选的，热沉采用无氧铜、金刚石或铜钨合金材料。

优选的，上述肋片是圆柱状、棱柱状或圆锥状；相较而言，棱柱状肋片的表面积最大，具有更好的散热性能；而圆锥状肋片可承受的冲击力更大，抗损伤能力更强。

优选的，上述多个肋片在肋基上同轴向均匀排列成六边形。

优选的，上述多个肋片在肋基上同轴向非均匀的排列成圆形；肋片在肋基上的排列方式与热源的形状和大小匹配，以取得更佳的换热效果。