專利名稱：激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光二極管泵浦固體激光器，特別是激光二極管泵浦 固體激光器中晶體端面散熱裝置。 技術(shù)背景
在激光二極管泵浦固體激光器的設(shè)計過程中，晶體熱效應(yīng)影響是客觀 存在的，如何控制、減弱晶體熱效應(yīng)的影響是直接決定了激光器的功率輸 出效率。
晶體熱效應(yīng)表現(xiàn)為熱透鏡效應(yīng)、熱應(yīng)力雙折射效應(yīng)和端面形變效應(yīng)， 其中；晶體熱透鏡效應(yīng)占絕對優(yōu)勢，它會對激光產(chǎn)生匯聚作用，熱應(yīng)力雙 折射效應(yīng)影響激光的偏振態(tài)，若熱應(yīng)力超出晶體所能承受的范圍，可能會 引起晶體的損傷。端面形變效應(yīng)所占比例雖小，但是它應(yīng)可能引起晶體端 面膜層的損壞。對于端面泵浦的圓棒晶體，當(dāng)前通用的一種晶體熱沉結(jié)構(gòu) 是將晶體棒側(cè)面用銦皮包裹，然后用兩塊金屬熱沉夾持，再用半導(dǎo)體制冷 器緊貼金屬熱沉外側(cè)將熱量帶出。圖l給出了傳統(tǒng)熱沉結(jié)構(gòu)，它主要通過
晶體棒的圓周面包裹的銦皮3和銦皮3外側(cè)面緊固的晶體熱沉上組件4和 晶體熱沉下組件5將熱量傳導(dǎo)到半導(dǎo)體制冷器，由半導(dǎo)體制冷器傳向冷源。 其熱流路徑如圖1中的箭頭方向所示。我們以0. lX摻雜的Nd:YAG晶體為 例，其吸收長度約為2mm，熱量主要集中在晶體端面處2mm范圍內(nèi)，若使 用直徑3mm，長10mm的晶體，實際有效散熱面積僅為側(cè)面積的1/5，更何 況金屬熱沉和晶體均存在著一定的熱阻，因此，隨著泵浦功率的增加，大 功率泵浦時晶體的有效散熱影響更加明顯。圖1的的結(jié)構(gòu)更容易使晶體端 面產(chǎn)生熱形變，限制輸出功率的提高。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種激光二極管泵浦固體激光器中晶體端 面散熱方法，以便有效的提高了晶體散熱效果，減弱晶體熱效應(yīng)對二極管 泵浦固體激光器性能影響，提高二極管泵浦固體激光器性的可靠性和壽本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，激光二極管泵浦固體激光器中晶體 端面散熱裝置，它至少包括激光二極管泵浦固體激光器諧振腔中的棒狀晶 體2，其特征是諧振腔中棒狀晶體2的晶體泵浦端面有面接觸的金剛石 薄片l。
所述的金剛石薄片1和棒狀晶體2的圓周面包裹銦皮3，銦皮3外側(cè) 面緊固晶體熱沉上組件4和晶體熱沉下組件5，晶體熱沉上組件4和晶體 熱沉下組件5與半導(dǎo)體制冷器面連接。
所述的金剛石薄片1厚度在卜3mm之間，金剛石薄片1的直徑大于等 于晶體直徑。
本實用新型的特點是由于二極管端面泵浦固體激光器的熱耗主要集 中在晶體泵浦端面中心，采用金剛石薄片與晶體泵浦端面直接接觸，將集 中于晶體端面處的熱量通過金剛石傳導(dǎo)至給冷源，以此提高了晶體的散熱 效率，減弱熱效應(yīng)的影響。金剛石熱導(dǎo)率極高，由于金剛石對于中心波長 為808nm的泵浦光高透，其透過率約為70% (30%的損耗主要來源于表面 反射與內(nèi)部吸收，可以通過表面鍍增透膜的方法降低表面反射損耗，進一 步提高透過率)。因此，它能有效的提高了晶體散熱效果，減弱了晶體熱 效應(yīng)對二極管泵浦固體激光器性能、可靠性和壽命的影響。

下面結(jié)合實施例附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是傳統(tǒng)晶體散熱結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型實施例結(jié)構(gòu)示意圖3是晶體端面直接散熱裝置導(dǎo)熱路徑示意圖。
圖中1、金剛石薄片；2、棒狀晶體；3、銦皮；4、晶體熱沉上組件；
5、晶體熱沉下組件。
具體實施方式
如圖2所示，激光二極管泵浦固體激光器諧振腔中的棒狀晶體2泵浦 端面(圖中棒狀晶體2后向位置)緊貼金剛石薄片1，由于對0. 1%摻雜 的Nd:YAG晶體來說，其吸收長度約為2mm左右，熱量主要集中在晶體端 面開始的2mm范圍內(nèi)，因此金剛石薄片1可以迅速將棒狀晶體2泵浦端面 熱量直接導(dǎo)送至冷源吸收，使棒狀晶體2的泵浦端面迅速降溫。所述的金剛石薄片1厚度在l-3mm之間，金剛石薄片1的直徑大于等 于晶體直徑。
使用金剛石薄片1的好處還在于它是導(dǎo)熱透光材料，工藝上極容易配 合，使得一方面不會影響激光二極管泵浦源的光能；其次對原有的加工工 藝影響不大。
同樣的為了不改變原有性能好的加工工藝，也是為了更好的使泵浦端 面降溫，在金剛石薄片1和棒狀晶體2的圓周面包裹銦皮3，銦皮3外側(cè) 面緊固晶體熱沉上組件4和晶體熱沉下組件5，再通過晶體熱沉將熱量傳 導(dǎo)到冷源如半導(dǎo)體制冷器，由半導(dǎo)體制冷器進一步吸收晶體熱沉傳導(dǎo)的棒 狀晶體2熱量。
這種將兩種結(jié)構(gòu)進行結(jié)合的散熱效果可通過圖3箭頭方向的熱流圖充 分說明其優(yōu)點。如圖3所示，金剛石薄片1將棒狀晶體2的泵浦端面產(chǎn)生 的熱量以大于銅的5倍導(dǎo)熱率向金剛石薄片1四周傳導(dǎo)和輻射。輻射帶走 了大部分熱量。傳導(dǎo)到晶體熱沉上組件4和晶體熱沉下組件5帶走了一部 分熱量。讓棒狀晶體2的泵浦端面剩余熱量產(chǎn)生的熱效應(yīng)不足影響激光二 極管泵浦固體激光器的功率輸出。該散熱方式的導(dǎo)熱路徑在傳統(tǒng)熱沉的基 礎(chǔ)之上不僅增加了一條更為直接、有效的路徑，即熱量由泵浦端面的產(chǎn)生 處直接通過金剛石薄片1輻射；同時還將側(cè)面的熱量由熱沉傳導(dǎo)至外界。 在不影響原有加工工藝的情況下，達到提高二極管泵浦固體激光器性的可 靠性和壽命的目的，同時提高二極管泵浦固體激光器性輸出功率。
權(quán)利要求1、激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散熱裝置，它至少包括激光二極管泵浦固體激光器諧振腔中的棒狀晶體(2)，其特征是諧振腔中棒狀晶體(2)的晶體泵浦端面有面接觸的金剛石薄片(1)。
2、 根握權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散 熱裝置，所述的金剛石薄片(1)和棒狀晶體(20的圓周面包裹銦皮(3)， 銦皮(3)外側(cè)面緊固晶體熱沉上組件(4)和晶體熱沉下組件(5)，晶體 熱沉上組件(4)和晶體熱沉下組件(5)與半導(dǎo)體制冷器面連接。
3、 根握權(quán)利要求1所述的激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散 熱裝置，其特征是所述的金剛石薄片(1)厚度在1-3mra之間，金剛石 薄片(1)的直徑大于等于棒狀晶體(2)的直徑。
專利摘要本實用新型涉及激光二極管泵浦固體激光器，特別是激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散熱裝置，它至少包括激光二極管泵浦固體激光器諧振腔中的棒狀晶體(2)，其特征是諧振腔中棒狀晶體(2)的晶體泵浦端面有面接觸的金剛石薄片(1)。以便有效的提高了晶體散熱效果，減弱晶體熱效應(yīng)對二極管泵浦固體激光器性能影響，提高二極管泵浦固體激光器的可靠性和壽命。
文檔編號H01S3/042GK201130812SQ200720126079
公開日2008年10月8日 申請日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者文建國, 李兵斌, 王石語, 蔡德芳, 振 過 申請人:西安電子科技大學(xué)