一种板条固体激光晶体气浮热沉的制作方法

1.本发明涉及晶体散热领域，具体是涉及一种板条固体激光晶体气浮热沉。


背景技术：

2.超快激光是固体激光器发展的一个新的领域，超快脉冲具有极短持续时间、极高峰值功率、极宽光谱等特点，在工业、军事、环境、能源、通讯等众多领域得到了广泛应用，极短的脉冲让人类第一次观察到了原子和分子尺度的超快运动过程，为探索微观世界开辟了道路，极高的峰值功率可以产生极端的物理条件，使模拟宇宙大爆炸、太阳中心温度、核爆等极端现象成为可能，超快激光作用时间极短、热影响区极小，应用在医疗上可以在治疗或切除病变组织的同时保证周围正常组织不受到损伤，超快激光给其他相关科学领域也带来了一场革命，产生了强场物理学、超快非线性光学、精密计量学、超精细冷加工等一系列新兴前沿学科和技术。
3.随着近些年超快固体激光器应用领域的不断拓展，超快固体激光器在朝着高功率，高脉冲能量的方向发展，激光晶体作为超快固体激光器的核心器件之一，对其性能的要求也越来越高，在高功率超快固体激光器中，能量越高，激光晶体的热流密度也就越大，这就要求激光晶体的热沉应具有良好的导热性，以便将激光晶体内的热量导出去，保证激光器的正常工作。
4.现有技术中，激光晶体通常通过机械加持或焊接的方式与激光晶体热沉结合，制作过程中，难免会产生应力形变，导致超快固体激光器工作时的光斑变形和光束质量恶化，同时，现有技术中，大功率固体激光器晶体多采用水冷散热，存在诸多缺陷：如水冷模块体积大、无法在失重条件下工作、水冷模块存在微渗漏和漏水的风险等。
5.为解决现有技术方案中的一些技术问题，本发明提供一种板条固体激光晶体气浮热沉，解决现有技术方案中，因板条激光晶体焊接导致的应力形变、散热不均等技术问题。


技术实现要素：

6.针对现技术所存在的问题，提供一种板条固体激光晶体气浮热沉，本发明通过上热沉和下热沉之间通过上气路和下气路通气的方式，使得板条激光晶体在上热沉和下热沉之间处于悬浮状态，避免板条激光晶体与上热沉和下热沉之间发生接触，导致板条激光晶体应力变形的情况，改善板条激光晶体的热效应，提升光束质量。
7.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：本发明提供一种板条固体激光晶体气浮热沉，包括热沉底座、上热沉、下热沉、热沉导柱和晶体限位柱；下热沉固定设置在热沉底座上；上热沉设置在下热沉的正上方，上热沉与下热沉之间相对的对合；热沉导柱对称设置在下热沉的两侧，两个热沉导柱均位于下热沉和上热沉之间，热沉导柱的下端与下热沉连接，热沉导柱的上端与上热沉连接；其特征在于：
还包括晶体限位柱，晶体限位柱均以竖直状态设置在下热沉上，晶体限位柱位于上热沉和下热沉之间，四个晶体限位柱均匀分布在两个热沉导柱之间，四个晶体限位柱之间留有供板条激光晶体放置的空隙；上热沉上开设有用以对晶体限位柱的上表面进行散热通气的上气路，上气路的自由端出气喷向板条激光晶体的上表面；下热沉上开设有用以对晶体限位柱的下表面进行散热通气的下气路，下气路的自由端出气喷向板条激光晶体的下表面。
8.优选的，上气路具有第一上通气嘴和第二上通气嘴；第一上通气嘴和第二上通气嘴对称开设于上热沉的两端，上热沉上连通第一上通气嘴和第二上通气嘴分别开设有第一上气道和第二上气道，第一上气道和第二上气道的出气口均朝向下方开通，第一上气道和第二上气道的出气口均处于四个晶体限位柱之间。
9.优选的，下气路具有第一下通气嘴和第二下通气嘴；第一下通气嘴和第二下通气嘴对称开设于下热沉的两端，下热沉上连通第一下通气嘴和第二下通气嘴分别开设有第一下气道和第二下气道，第一下气道和第二下气道的出气口均朝向上方开通，第一下气道和第二下气道的出气口均处于四个晶体限位柱之间；上气路和下气路之间的通气方向相对流通，当上气路和下气路同时通气时，板条激光晶体处于悬浮在四个晶体限位柱之间的状态。
10.优选的，上热沉的下表面设有上散热块，下热沉的上表面设有下散热块，上散热块和下散热块之间相对设置，四个晶体限位柱分布在下散热块和上散热块的四个拐角处。
11.优选的，上散热块和下散热块均具有空腔，上散热块对应于第一上气道和第二上气道的出气口与下散热块对应于第一下气道和第二下气道的出气口的位置处均开设有气口，上散热块和下散热块的每个气口处均具有对接于对应出气口的气管，上散热块的下表面具有第一散热面，第一散热面上开设有若干个第一气路微孔，下散热块的上表面具有第二散热面，第二散热面上开设有若干个第二气路微孔。
12.优选的，上散热块以及下散热块的空腔中还设置有调节机构，调节机构用于改变气流喷向板条激光晶体的流速。
13.优选的，调节机构包括上下移动的浮动板，浮动板表面开设有通孔，每个通孔的底部均固定连接有锥形管，每个锥形管均固定连接在所述的浮动板上并且与通孔连通，锥形管分别与上散热块以及下散热块中的第一气路微孔以及第二气路微孔一一对应。
14.优选的，上热沉的下表面对称设有两个上凸台，下热沉的上表面对应于每个上凸台的位置对称设有两个下凸台，上凸台和下凸台均呈圆环状，上凸台和对应的下凸台之间共轴线，上凸台和下凸台上均具有内螺纹，每个热沉导柱的两端均具有外螺纹，当安装上热沉时，热沉导柱的两端分别通过外螺纹与上凸台和下凸台的内螺纹配合处于连接状态。
15.优选的，上热沉的下表面设有用以固定上散热块的上固定框，下热沉的上表面设有用以固定下散热块的下固定框，并且四个晶体限位柱均固定在下固定框上。
16.优选的，热沉底座的底部四周均向上贯通的开设有一个沉孔，每个沉孔内均设有一个螺钉，下热沉的下表面对应于每个沉孔的位置处均开设有一个供螺钉固定的螺纹孔，热沉底座的两端均开设有键槽。
17.本技术相比较于现有技术的有益效果是：1.本发明通过上热沉和下热沉之间通过上气路和下气路通气的方式，使得板条激
光晶体在上热沉和下热沉之间处于悬浮状态，实现了对板条激光晶体表面的散热，避免板条激光晶体与上热沉和下热沉之间发生接触，导致板条激光晶体应力变形的情况，改善板条激光晶体的热效应，提升光束质量。
18.2.本发明通过上热沉上第一上气道和第二上气道的开设，使得第一上通气嘴和第二上通气嘴通入的气体能够朝着板条激光晶体的上表面流动，实现了对板条激光晶体上表面的散热，提高对板条激光晶体上表面冷却的均匀程度。
19.3.本发明通过下热沉上第一下气道和第二下气道的开设，使得第一下通气嘴和第二下通气嘴通入的气体能够朝着板条激光晶体的下表面流动，实现了对板条激光晶体下表面的散热，提高对板条激光晶体下表面冷却的均匀程度。
附图说明
20.图1是一种板条固体激光晶体气浮热沉的立体结构示意图；图2是一种板条固体激光晶体气浮热沉的立体结构分解示意图以及局部放大图；图3是一种板条固体激光晶体气浮热沉的仰视图；图4是图3中a-a向剖视图以及局部的结构放大图；图5是图3的a-a向立体结构剖视图；图6是图3的a-a处结构剖视图以及气流流向图；图7是上散热块与下散热块相配合装配调节机构的结构示意图；图8是图7中调节机构的结构示意图；图9是图3的b-b向放大示意图；图10是图3中b-b向剖视立体图。
21.图中标号为：1-热沉底座；11-螺钉；12-键槽；2-上热沉；21-上气路；211-第一上通气嘴；2111-第一上气道；212-第二上通气嘴；2121-第二上气道；22-上散热块；221-空腔；222-气口；223-气管；224-第一散热面；225-第一气路微孔；23-上凸台；231-内螺纹；24-上固定框；3-下热沉；31-下气路；311-第一下通气嘴；3111-第一下气道；312-第二下通气嘴；3121-第二下气道；32-下散热块；321-第二散热面；322-第二气路微孔；33-下凸台；34-下固定框；4-热沉导柱；
41-外螺纹；5-晶体限位柱；6-板条激光晶体；100-调节机构；101-通孔；102、锥形管。
具体实施方式
22.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
23.如图1以及图2所示，其为本实施例中的气浮热沉的结构示意图，本实施例中的气浮热沉，包括热沉底座1、上热沉2、下热沉3、热沉导柱4和晶体限位柱5；下热沉3固定设置在热沉底座1上；上热沉2设置在下热沉3的正上方，上热沉2与下热沉3之间相对的对合；热沉导柱4具有两个，两个热沉导柱4对称设置在下热沉3的两侧，两个热沉导柱4均位于下热沉3和上热沉2之间，热沉导柱4的下端与下热沉3连接，热沉导柱4的上端与上热沉2连接，热沉导柱4与上热沉2和下热沉3之间处于垂直状态；晶体限位柱5具有四个，四个晶体限位柱5均以竖直状态设置在下热沉3上，晶体限位柱5位于上热沉2和下热沉3之间，本实施例中的晶体限位柱5为l形结构，从而晶体限位柱5之间相配合能够有效将板条激光晶体6进行限位，从而能够有效地供板条激光晶体6沿着晶体限位柱5的高度方向上升或下降，四个晶体限位柱5均匀分布在两个热沉导柱4之间，四个晶体限位柱5之间留有供板条激光晶体6放置的空隙；上热沉2上开设有用以对晶体限位柱5的上表面进行散热通气的上气路21；下热沉3上开设有用以对晶体限位柱5的下表面进行散热通气的下气路31。
24.当安装板条激光晶体6时，首先将热沉底座1与下热沉3锁紧固定，将板条激光晶体6放置于下热沉3的四个晶体限位柱5内，板条激光晶体6四端与晶体限位柱5之间轻微接触，不产生应力形变，之后安装热沉导柱4，上热沉2与下热沉3相对的对合，热沉导柱4将上热沉2和下热沉3连接，当对板条激光晶体6散热时，通过外置气泵对上气路21和下气路31分别施加冷却干燥气体，分别独立控制气体的流量和流速，板条激光晶体6在气压的作用下，能够在上热沉2和下热沉3之间处于悬浮状态，上热沉2和下热沉3与板条激光晶体6的上下面之间形成稳定的气帘，板条激光晶体6与上热沉2和下热沉3的表面无实质性接触，避免因施压或焊接等外力导致板条激光晶体6应力变形，同时，通过调节上气路21和下气路31的流速和流量，控制板条激光晶体6的高度和平衡，气浮平衡性好，控制精度高，同时，通过控制板条激光晶体6上下面气帘的流量和温度，帮助板条激光晶体6散热，防止板条激光晶体6表面热量累计，改善板条激光晶体6的热效应，提升光束质量。
25.参见图4、图5和图6所示，上气路21具有第一上通气嘴211和第二上通气嘴212；第一上通气嘴211和第二上通气嘴212对称开设于上热沉2的两端，上热沉2上连通第一上通气嘴211和第二上通气嘴212分别开设有第一上气道2111和第二上气道2121，第一上气道2111和第二上气道2121的出气口222均朝向下方开通，第一上气道2111和第二上气道2121的出气口222均处于四个晶体限位柱5之间。
26.当上热沉2通气时，通过外置的气泵分别向着第一上通气嘴211和第二上通气嘴212通气，气体经过第一上气道2111和第二上气道2121吹入板条激光晶体6的上表面，对板条激光晶体6的上表面进行散热。
27.参见图4、图5和图6所示，下气路31具有第一下通气嘴311和第二下通气嘴312；第一下通气嘴311和第二下通气嘴312对称开设于下热沉3的两端，下热沉3上连通第一下通气嘴311和第二下通气嘴312分别开设有第一下气道3111和第二下气道3121，第一下气道3111和第二下气道3121的出气口222均朝向上方开通，第一下气道3111和第二下气道3121的出气口222均处于四个晶体限位柱5之间；上气路21和下气路31之间的通气方向相对流通，当上气路21和下气路31同时通气时，板条激光晶体6处于悬浮在四个晶体限位柱5之间的状态。
28.当下热沉3通气时，通过外置的气泵分别向着第一下通气嘴311和第二下通气嘴312通气，气体经过第一下气道3111和第二下气道3121吹入板条激光晶体6的下表面，对板条激光晶体6的下表面进行散热。
29.参见图5以及图6所示，上热沉2的下表面设有上散热块22，下热沉3的上表面设有下散热块32，上散热块22和下散热块32之间相对设置，四个晶体限位柱5分布在下散热块32和上散热块22的四个拐角处。
30.当上热沉2和下热沉3上通过上气路21和下气路31通气后，气体分别流通至上散热块22和下散热块32内，上散热块22和下散热块32对气体起到均匀分散的效果，使得板条激光晶体6的表面能够得到均匀散热效果。
31.参见图4所示，上散热块22和下散热块32均具有空腔221，上散热块22对应于第一上气道2111和第二上气道2121的出气口222与下散热块32对应于第一下气道3111和第二下气道3121的出气口222的位置处均开设有气口222，上散热块22和下散热块32的每个气口222处均具有对接于对应出气口222的气管223。
32.当气体流通时，随之通过上散热块22和下散热块32的气口222进入了空腔221内，而在安装上散热块22和下散热块32时，通过将上散热块22和下散热块32的气管223与对应的出气口222对接，使得气体能够正常流通至空腔221内，避免气体出现外泄，导致散热范围不均的情况发生。
33.参见图4图5以及图6所示，上散热块22的下表面具有第一散热面224，第一散热面224上开设有若干个第一气路微孔225。
34.当上散热块22内的气体被持续施压后，气体通过第一散热面224上的若干个第一气路微孔225喷出，随之作用在板条激光晶体6的上表面，由于若干个第一气路微孔225在第一散热面224上的均匀分布，因此，气体作用在板条激光晶体6上表面更加均匀，提高了散热效果。
35.参见图4、图5以及图6所示，下散热块32的上表面具有第二散热面321，第二散热面321上开设有若干个第二气路微孔322。
36.当下散热块32内的气体被持续施压后，气体通过第二散热面321上的若干个第二气路微孔322喷出，随之作用在板条激光晶体6的下表面，由于若干个第二气路微孔322在第二散热面321上的均匀分布，因此，气体作用在板条激光晶体6下表面更加均匀，提高了散热效果。
37.作为本发明另一实施方式，本实施例中，在上散热块22以及下散热块32的空腔221中还设置有调节机构100，调节机构100的作用是为了实现气流流速的改变，从而使得板条激光晶体6能够处于悬浮状态，本实施例中的调节机构100包括上下移动的浮动板，浮动板
表面开设有通孔101，每个通孔101的底部均固定连接有锥形管102，每个锥形管102均固定连接在所述的浮动板上并且与通孔101连通，且浮动板通过弹性部件分别装配在上散热块22以及下散热块32的空腔221中，浮动板通过弹性部件装配在空腔221中，因此，当气流流量发生改变的时候，浮动板可以沿着空腔221的高度上下移动，本实施例中，锥形管102分别与上散热块22以及下散热块32中的第一气路微孔225以及第二气路微孔322一一对应，在本实施例中，当气流流量发生变化的时候，调节机构100可以在上散热块22以及下散热块32中发生移动，使得锥形管102分别插入到第一气路微孔225以及第二气路微孔322中，由于锥形管102为锥形结构，且锥形管102的自由端内径要小于通孔101的内径，因此，锥形管102插入到第一气路微孔225以及第二气路微孔322中以后，气流从锥形管102中喷出，从而增加了流速，提高了板条激光晶体6的散热效率，并且也可以根据需要相应改变板条激光晶体6的悬浮高度，操作方便。
38.参见图2所示，上热沉2的下表面对称设有两个上凸台23，下热沉3的上表面对应于每个上凸台23的位置对称设有两个下凸台33，上凸台23和下凸台33均呈圆环状，上凸台23和对应的下凸台33之间共轴线，上凸台23和下凸台33上均具有内螺纹231，每个热沉导柱4的两端均具有外螺纹41，当安装上热沉2时，热沉导柱4的两端分别通过外螺纹41与上凸台23和下凸台33的内螺纹231配合处于连接状态。
39.当安装热沉导柱4时，热沉导柱4下端的外螺纹41与下凸台33的内螺纹231吻合，上热沉2与下热沉3相对对合，热沉导柱4上端的外螺纹41与上热沉2的上凸台23的内螺纹231吻合，旋进热沉导柱4，将上热沉2和下热沉3固定，通过控制热沉导柱4螺纹旋进的长度，可控制第一散热面224和第二散热面321之间的距离，从而控制对板条激光晶体6的散热效果。
40.参见图2所示，上热沉2的下表面设有用以固定上散热块22的上固定框24，下热沉3的上表面设有用以固定下散热块32的下固定框34，并且四个晶体限位柱5均固定在下固定框34上。
41.当固定上散热块22和下散热块32时，通过上固定框24将上散热块22和上热沉2固定在一起，通过下固定框34将下散热块32和下热沉3固定在一起，四个晶体限位柱5也均固定在下固定框34上，保证上散热块22、下散热块32和晶体限位柱5稳定的安装。
42.参见图2、图9以及图10所示，热沉底座1的底部四周均向上贯通的开设有一个沉孔，每个沉孔内均设有一个螺钉11，下热沉3的下表面对应于每个沉孔的位置处均开设有一个供螺钉11固定的螺纹孔，热沉底座1的两端均开设有键槽12。
43.当固定热沉底座1时，由于热沉底座1两端均开设有键槽12，因此，能够通过螺栓穿过键槽12将热沉底座1固定在指定位置处，由于热沉底座1的底部四周向上贯通开设有沉孔，螺钉11穿过热沉底座1的沉孔，进入到下热沉3的螺纹孔中，将热沉底座1与下热沉3锁紧固定。
44.本发明通过上热沉2和下热沉3之间通过上气路21和下气路31通气的方式，使得板条激光晶体6在上热沉2和下热沉3之间处于悬浮状态，避免板条激光晶体6与上热沉2和下热沉3之间发生接触，导致板条激光晶体6应力变形的情况，改善板条激光晶体6的热效应，提升光束质量。
45.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。