一种激光晶体散热结构的制作方法

1.本实用新型涉及激光晶体技术领域，具体涉及一种激光晶体散热结构。


背景技术：

2.激光晶体可将外界提供的能量通过光学谐振腔转化为在空间和时间上相干的具有高度平行性和单色性激光的晶体材料，是晶体激光器的工作物质。作为半导体端面泵浦固体激光器的核心部件，泵浦光直接照射激光晶体，一部分能量可从激光晶体中提取出来，而泵浦能量不能转化为激光的部分不可避免地伴随着热弛豫跃迁生热。大量的热聚集在晶体内部会产生较大的温度梯度。当温度梯度到达晶体热损伤阈值时，晶体会产生不可逆转的损伤，甚至撕裂。传统激光器晶体安装后，首先在晶体的四周缠绕一圈导热系数高的铟箔，然后放入通过螺栓固定的晶体散热装置，最后通过主动或被动散热的方式将热量导入散热装置底座，并通过水冷或风冷的方式带走热量。该方式能够有效的解决晶体散热的问题，但是晶体在热作用下会膨胀并释放热应力，由于晶体被紧实的包裹，晶体热应力释放方向被限制在通光方向上，这样会严重影响激光器的稳定性。
3.因此，需要提供一种激光晶体散热结构，能够使晶体热应力沿着径向方向释放，提高激光腔的稳定性以及激光晶体的激光输出效率，以解决以上现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种激光晶体散热结构。
5.根据本实用新型的一个方面，提供一种激光晶体散热结构，包括：第一激光晶体、第二激光晶体、第一热沉和第二热沉，其中，第一热沉与激光晶体的接触面设置为v型槽，第二热沉与激光晶体的接触面设置为v型槽，第一激光晶体和第二激光晶体对齐压紧后放置在所述第一热沉v型槽和第二热沉v型槽之间，第一激光晶体、第二激光晶体、第一热沉和第二热沉通过铟焊连接为一体。
6.该散热结构能够使激光晶体热应力沿径向方向释放，适应于低导热系数的激光晶体在高泵浦条件下的激光腔的稳定性，并且能够有效提高激光晶体的光光转换效率。
7.可选地，在上述散热结构中，第一激光晶体和第二激光晶体的尺寸和型号相同，第一激光晶体和第二激光晶体的接触面为平面。
8.可选地，在上述散热结构中，第一热沉和第二热沉的导热系数高于第一激光晶体或第二激光晶体的导热系数。热沉为高导热系数的材料可以提高散热能力。
9.可选地，在上述散热结构中，第一激光晶体和第二激光晶体的接触面以及所述第一热沉v型槽和第一激光晶体的接触面以及第二热沉v型槽和第二激光晶体的接触面经过抛光处理。接触面经打磨处理可以提高连接的稳固性。
10.可选地，在上述散热结构中，第一热沉和第二热沉完全包围第一激光晶体和第二激光晶体组成的激光晶体。经过铟焊连接后的热沉和激光晶体紧固为一个整体。
11.可选地，在上述散热结构中，第一激光晶体和第二激光晶体的形状是长方体状、板条状或片状中任意一种。该散热结构可以适应于不同形状的激光晶体。
12.可选地，在上述散热结构中，第一激光晶体或第二激光晶体的材料是nd：yag、yb：yag、yb：lu2o3、nd：yvo4、nd：gdvo4、nd：ylf中任意一种。
13.根据本实用新型的方案，通过将激光晶体设计为两个对齐接触的激光晶体可以增加激光晶体热膨胀自由度，将热沉完全包围激光晶体可以使晶体热应力沿径向方向释放，散热能力更强，有效解决了低导热系数的激光晶体在高泵浦条件下激光腔的稳定性问题，并且大幅度提高了激光晶体的光光转换效率。
14.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。
附图说明
15.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
16.图1示出了根据本实用新型一个实施例的激光晶体散热结构100的结构示意图；
17.图2示出了根据本实用新型一个实施例的激光晶体散热结构俯视示意图。
具体实施方式
18.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
19.激光晶体散热结构可以将不同种类的激光晶体与特殊设计的高热导率材料加工而成的热沉，通过特殊工艺焊接封装为一个整体，这种方法能够有效改善晶体与热沉接触，降低两者之间的接触热阻，提高散热效率，同时避免机械施压带来的额外应力，提高光光转换效率。本方案提供了一种激光晶体散热结构，能够适用于低导热系数晶体的散热，使晶体热应力能够沿径向方向释放，提供激光腔的稳定性并大幅度提高光光转换效率。
20.图1示出了根据本实用新型一个实施例的激光晶体散热结构100的结构示意图。如图1所示，该激光晶体散热结构100包括第一激光晶体1、第二激光晶体2、第一热沉v型槽3、第二热沉v型槽4、铟焊5。第一激光晶体1和第二激光晶体2的尺寸和型号一致，两者对齐放置在第一热沉v型槽3和第二热沉v型槽4之间，并通过铟焊5将第一热沉v型槽3、第二热沉v型槽4与对齐放置的激光晶体焊接成一个整体。其中，热沉采用高导热系数材料，例如金刚石、铜、钨铜等，热沉设置为v型槽是为了适应激光晶体的形状，可以根据激光晶体的形状调整v型槽的尺寸。这种散热结构相比于在激光晶体上下表面集成的散热结构相比，可以使晶体热应力沿径向方向释放，提高激光腔的稳定性。
21.图2示出了根据本实用新型一个实施例的激光晶体散热结构俯视示意图。如图2所示，第一热沉3和第二热沉4完全包围第一激光晶体1和第二激光晶体2，图2所示的虚线表示
第一激光晶体1与第二激光晶体2的接触面，该接触面为平面。相比于使用一块激光晶体，本方案将激光晶体设计为两块尺寸型号一致的晶体，能够使激光晶体的热膨胀自由度增加，并且两激光晶体通过对齐放置使晶体输出的激光点位置靠近两块晶体的接触面，热应力释放更彻底，有利于提高光光转换效率。
22.为了保证第一激光晶体和第二激光晶体之间接触面的紧固性，可以对激光晶体侧边大面，即两个激光晶体之间的接触面进行抛光处理，保持平行度由于10度，垂直度由于15度，这样可以使两块激光晶体的接触面对齐压紧。并且热沉v型槽内壁的粗糙度要小，可以对热沉v型槽与激光晶体的接触面进行抛光处理，激光晶体与热沉之间的接触面通过钎焊工艺将铟焊固定，与普通的螺栓紧固相比，这种铟焊固定的方式使部件间隙小，散热能力更强。本方案中激光晶体的材料可以是以下任意一种：nd：yag、yb：yag、yb：lu2o3、nd：yvo4、nd：gdvo4、nd：ylf、yb：er：glass等，其形状可以是长方体状、板条状或片状等。
23.通过本实用新型提供的激光晶体散热结构，可以使晶体热应力沿径向方向释放，使激光晶体热膨胀自由度增加，散热能力更强，有效解决了低导热系数的激光晶体在高泵浦条件下激光腔的稳定性问题，并且大幅度提高了激光晶体的光光转换效率。
24.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
25.类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
26.本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。
27.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
28.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例
的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
29.此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该实用新型的目的的元素所执行的功能。
30.如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。
31.尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。
32.因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。