一種適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉。
【背景技術(shù)】
[0002]碟片激光器是一種高功率固體激光器，由厚度為0.2mm?0.4mm的碟片激光晶體構(gòu)成，固定在金屬熱沉上。栗浦光從碟片激光晶體正面入射，在晶體背面實(shí)現(xiàn)冷卻，由于碟片激光晶體很薄，徑厚比較大，因此冷卻效果好，有利于獲得高轉(zhuǎn)換效率、高平均功率以及高光束質(zhì)量的激光輸出。然而，在高功率栗浦的條件下，碟片激光晶體作為增益介質(zhì)仍會產(chǎn)生大量的無用熱，影響碟片激光器的性能。
[0003]為了提高碟片激光器的輸出功率及光束質(zhì)量，必須提高給定條件下(限定溫差)增益介質(zhì)的傳熱能力，即需要盡量減小傳熱熱阻。增益介質(zhì)內(nèi)部與外部傳熱是傳熱過程中的兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)，可從以下幾個(gè)方面提高碟片激光器的散熱能力:第一，減小碟片激光晶體厚度以減小其傳熱熱阻，在這個(gè)方向上，現(xiàn)有技術(shù)中的碟片激光器幾乎已經(jīng)做到極限，優(yōu)化的空間很??；第二，優(yōu)化射流陣列，合理設(shè)置噴嘴參數(shù)，有效提高換熱能力及冷卻均勻性；第三，改善熱沉的結(jié)構(gòu)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中采用射流直接沖擊碟片激光晶體的冷卻方式減小碟片激光器熱阻、提高其熱流密度；這種冷卻方式可最大限度地減小熱沉的熱阻，但是，它也存在以下缺點(diǎn):第一，射流直接沖擊碟片激光晶體會導(dǎo)致冷卻不均勻而使碟片熱畸變嚴(yán)重，甚至破裂；第二，強(qiáng)大的射流沖擊壓力易導(dǎo)致碟片激光晶體破裂；第三，直接沖擊容易損壞碟片激光晶體背面的壞高反膜；另一種方法是在碟片激光晶體背面增加片狀熱沉，然而這種熱沉如果太厚，會使熱阻很大，如果太薄，會使其強(qiáng)度減小，沖擊壓力會使得碟片的形變增加，且長期在高壓冷卻液的沖擊下易損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，其目的在于在提高碟片激光器傳熱能力的同時(shí)減小由射流沖擊壓力造成的碟片激光晶體形變。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，包括肋基和多個(gè)分布在肋基上的肋片；
[0007]肋基作為碟片激光晶體的載體，其一個(gè)端面作為熱沉的頂面，用于固定碟片激光晶體；肋片的一端固定在肋基的另一個(gè)端面上，多個(gè)肋片同軸排列；肋片另一端所在的底面為熱沉的底面；熱沉的底面的整體面型為凸面或者凹面；肋片用于增大散熱面積，降低對流換熱熱阻。
[0008]優(yōu)選地，上述熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)時(shí)，其肋基的直徑與碟片激光晶體的封裝尺寸匹配，熱沉底面的整體面型與碟片激光晶體的封裝面型匹配，當(dāng)?shù)す饩w封裝面型為凸面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以防止沖擊加重碟片激光晶體的畸變；當(dāng)?shù)す饩w封裝面型為平面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以補(bǔ)償射流沖擊對碟片激光晶體造成的形變；當(dāng)?shù)す饩w封裝面型為凹面，采用底面整體面型為凹面的熱沉，以通過射流沖擊壓力來補(bǔ)償?shù)す饩w封裝時(shí)所產(chǎn)生的凹面變形。
[0009]優(yōu)選的，熱沉采用無氧銅、金剛石或銅鎢合金材料。
[0010]優(yōu)選的，上述肋片是圓柱狀、棱柱狀或圓錐狀；相較而言，棱柱狀肋片的表面積最大，具有更好的散熱性能；而圓錐狀肋片可承受的沖擊力更大，抗損傷能力更強(qiáng)。
[0011]優(yōu)選的，上述多個(gè)肋片在肋基上同軸向均勻排列成六邊形。
[0012]優(yōu)選的，上述多個(gè)肋片在肋基上同軸向非均勻的排列成圓形；肋片在肋基上的排列方式與熱源的形狀和大小匹配，以取得更佳的換熱效果。
[0013]優(yōu)選的，肋片的截面面積小于1_2，長度不大于5_，與碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)匹配。
[0014]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0015](1)本發(fā)明提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，在傳統(tǒng)熱沉上的基礎(chǔ)上增加肋片，肋片增加了熱沉的散熱面積，使得碟片激光器在射流沖擊冷卻過程中的散熱面積增大，從而起到降低熱阻、提高換熱效率的作用；
[0016](2)本發(fā)明提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，在傳統(tǒng)熱沉上的基礎(chǔ)上增加肋片，肋片起分散射流壓力的作用，從而起到增加熱沉強(qiáng)度的作用，使熱沉具有更尚的抗壓能力，從而減小碟片激光晶體在射流冷卻中受到的沖擊，減小碟片激光晶體形變；
[0017](3)本發(fā)明提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，熱沉底面面型與碟片激光晶體的封裝面型匹配，為凸面或凹面，起到抗沖擊形變，以及補(bǔ)償封裝形變的作用；當(dāng)?shù)す饩w封裝為凸面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以防止沖擊加重碟片激光晶體的畸變；當(dāng)?shù)す饩w封裝為平面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以補(bǔ)償射流沖擊對碟片激光晶體造成的形變；當(dāng)?shù)す饩w封裝為凹面，采用底面整體面型為凹面的熱沉，以通過射流沖擊壓力來補(bǔ)償?shù)す饩w封裝時(shí)所產(chǎn)生的凹面變形。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例1提供的熱沉的俯視圖；
[0019]圖2是實(shí)施例1提供的熱沉的右視圖；
[0020]圖3是實(shí)施例1提供的熱沉的傾斜視圖；
[0021]圖4是實(shí)施例1提供的熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的剖面原理示意圖；
[0022]圖5是實(shí)施例2提供的熱沉俯視圖；
[0023]圖6是實(shí)施例2提供的熱沉右視圖；
[0024]圖7是實(shí)施例2提供的熱沉傾斜視圖；
[0025]圖8是實(shí)施例2提供的熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的剖面原理示意圖；
[0026]圖9是實(shí)施例3提供的熱沉俯視圖；
[0027]圖10是實(shí)施例3提供的熱沉右視圖；
[0028]圖11是實(shí)施例3提供的熱沉傾斜視圖；
[0029]圖12是實(shí)施例3提供的熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的剖面原理示意圖；
[0030]圖13是實(shí)施例4提供的熱沉俯視圖；
[0031]圖14是實(shí)施例4提供的熱沉右視圖；
[0032]圖15是實(shí)施例4提供的熱沉傾斜視圖；
[0033]圖16是實(shí)施例4提供的熱沉應(yīng)用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的剖面原理示意圖。
[0034]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1-肋基，2-肋片，3-碟片激光晶體，4-噴孔陣列，5-碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)管套，6-噴管，7-冷卻介質(zhì)入口，8-冷卻介質(zhì)出口。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0036]本發(fā)明提供的適用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的熱沉，包括肋基和在肋基上均勻分布的肋片；肋基作為碟片激光晶體的載體，其一個(gè)端面用于固定碟片激光晶體，另一個(gè)端面上均勻分布有同軸排列的肋片；
[0037]應(yīng)用于碟片激光器散熱時(shí)，熱沉上表面緊貼于碟片激光晶體的背面，下表面對準(zhǔn)由噴孔陣列與噴管組成的射流噴嘴，并由碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)的管套將其包圍封裝起來；冷卻介質(zhì)在壓力作用下從冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)入口進(jìn)入噴管，通過冷卻系統(tǒng)的噴孔陣列之后形成射流陣列，沖擊到熱沉的下表面；碟片激光晶體的栗浦區(qū)生熱并以熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞給熱沉，熱沉下表