[发明专利]一种端面泵浦激光器的散热装置

说明书

本发明涉及一种端面泵浦激光器的散热装置，散热装置包括上热导层和至少由多个子热导层构成的下热导层。通过推力机构单元驱动各子热导层，使其相对于上热导层产生位移，从而改变各子热导层中导热柱和上热导层中导热柱的重合率，调节散热基板各区域的热导率，使得泵浦端面区域的散热装置的热导率高于非泵浦端面区域的散热装置的热导率，从而使激光器增益介质的热分布更均匀。

技术领域

本发明属于激光器的散热领域，具体涉及一种用于端面泵浦激光器的散热装置。

背景技术

对于端面泵浦的固体激光器，由于温度分布不均匀引起的热透镜效应，热致衍射损耗和热炸裂等热效应，已经成为制约其向高功率、高光束质量、低功耗、小型化长寿命方向发展的瓶颈。

在端面泵浦固体激光器中，大部分泵浦光在晶体端部的范围被吸收，导致晶体端部的温度迅速升高。在很多军用和民用系统中，激光棒直接安装在散热器上，通过激光棒和散热器之间的热传导实现对激光棒的传导冷却。这种散热方式不能及时有效地对需要重点冷却的晶体端部区域进行散热，导致温度梯度依然存在。

在大功率光纤激光器中，增益光纤的泵浦光输入端的温度最高，沿增益光纤的长度方向温度递减。如果散热器与增益光纤泵浦端和中间段之间的导热效率相同，同样会存在不能及时有效地对需要重点冷却的增益光纤泵浦端进行散热的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种能够端面泵浦激光器的温度调节装置，其结构简单稳定可靠，能够有效地对需要重点冷却的泵浦端部区域进行散热。

本发明提供一种端面泵浦激光器的散热装置，散热装置用于冷却采用端面泵浦的增益介质；散热装置包括热导率可调的散热基板、推力机构单元和热沉，散热基板位于增益介质和热沉之间，散热基板包括上热导层和下热导层，上热导层和下热导层相互接触；下热导层包括沿增益介质的轴向分布的第一子热导层到第N子热导层，其中N≥2，第一子热导层与增益介质的泵浦端面区域相对应；推力机构单元包括分别用于驱动各子热导层的推力机构，使得泵浦端面区域的散热装置的热导率高于非泵浦端面区域的散热装置的热导率。

优选地，上热导层和下热导层均包括基底和周期性分布在基底中的多个导热柱，导热柱在基底的厚度方向上贯穿基底，构成基底的材料的导热系数小于构成导热柱的材料的导热系数。

优选地，推力机构单元用于使子热导层和上热导层产生相对位移，从而改变子热导层中导热柱和上热导层中导热柱的重合率，调节散热基板各区域的热导率。

优选地，第一子热导层和第M子热导层中导热柱的材料相同，第M子热导层对应增益介质的非泵浦端面区域，1＜M≤N。

优选地，构成第一子热导层中导热柱的材料的导热系数大于构成第M子热导层中导热柱的材料的导热系数，第M子热导层对应增益介质的非泵浦端面区域，1＜M≤N。

优选地，增益介质为激光晶体或增益光纤。

优选地，推力机构为直线电机、丝杠机构、电动缸或液压缸；热沉为水冷板。

优选地，基底采用的材料为塑料、尼龙和特氟龙组成的群组中的一个；导热柱采用的材料为纯金属、合金和石墨组成的群组中的一个或多个。

优选地，增益介质采用单端泵浦或双端泵浦，当采用双端泵浦时，第一子热导层和第N子热导层所在区域的热导率大于第二子热导层到第N-1子热导层所在区域的热导率，其中N≥3。

本发明还提供了一种用于端面泵浦激光器的散热装置的闭环反馈控制系统，闭环反馈控制系统包括顺序连接的热导率可调的散热基板、增益介质、温度传感器单元、控制器单元以及推力机构单元，温度温度传感器单元用于采集激光晶体泵浦端部区域和非泵浦端部区域的温度，并将该温度信息发送到控制器单元，控制器单元根据该温度信息和预设温度分别控制推力机构单元中的各推力机构驱动各子热导层。

本发明至少具有如下有益技术效果：