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
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于激光器件技術領域，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】
[0002]碟片激光器是一種高功率固體激光器，由厚度為0.2_?0.4_的碟片激光晶體構成，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，有利于獲得高轉換效率、高平均功率以及高光束質量的激光輸出。然而，在高功率栗浦的條件下，碟片激光晶體作為增益介質仍會產生大量的無用熱，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量，必須提高給定條件下(限定溫差)增益介質的傳熱能力，即需要盡量減小傳熱熱阻。增益介質內部與外部傳熱是傳熱過程中的兩個串聯(lián)環(huán)節(jié)，可從以下幾個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，在這個方向上，現(xiàn)有技術中的碟片激光器幾乎已經做到極限，優(yōu)化的空間很??；第二，優(yōu)化射流陣列，合理設置噴嘴參數(shù)，有效提高換熱能力及冷卻均勻性;第三，改善熱沉的結構。
[0004]現(xiàn)有技術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:第一，射流直接沖擊碟片激光晶體會導致冷卻不均勻而使碟片熱畸變嚴重，甚至破裂;第二，強大的射流沖擊壓力易導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。
【實用新型內容】
[0005]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型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減小由射流沖擊壓力造成的碟片激光晶體形變。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，按照本實用新型的一個方面，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端面上，多個肋片同軸排列;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，上述熱沉應用于碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)時，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?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?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，以補償射流沖擊對碟片激光晶體造成的形變；當?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償?shù)す饩w封裝時所產生的凹面變形。
[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。
[0011]優(yōu)選的，上述多個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1mm2，長度不大于5mm，與碟片激光器射流沖擊冷卻系統(tǒng)匹配。
[0014]總體而言，通過本實用新型所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果:
[0015](I)本實用新型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)本實用新型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度的作用，使熱沉具有更高的抗壓能力，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)本實用新型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，以及補償封裝形變的作用；當?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?shù)す饩w封裝為平面，采用底面整體面型為凸面的熱沉，以補償射流沖擊對碟片激光晶體造成的形變；當?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償?shù)す饩w封裝時所產生的凹面變形。
【附圖說明】
[0018]圖1是實施例1提供的熱沉的俯視圖；
[0019]圖2是實施例1提供的熱沉的右視圖；
[0020]圖3是實施例1提供的熱沉的傾斜視圖；
[0021]圖4是實施例1提供的熱沉應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是實施例2提供的熱沉俯視圖；
[0023]圖6是實施例2提供的熱沉右視圖；
[0024]圖7是實施例2提供的熱沉傾斜視圖；
[0025]圖8是實施例2提供的熱沉應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是實施例3提供的熱沉俯視圖；
[0027]圖10是實施例3提供的熱沉右視圖；
[0028]圖11是實施例3提供的熱沉傾斜視圖；
[0029]圖12是實施例3提供的熱沉應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是實施例4提供的熱沉俯視圖；
[0031 ]圖14是實施例4提供的熱沉右視圖；
[0032]圖15是實施例4提供的熱沉傾斜視圖；
[0033]圖16是實施例4提供的熱沉應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，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，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-冷卻介質入口，8-冷卻介質出口。
【具體實施方式】
[0035]為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。此外，下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0036]本實用新型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，其一個端面用于固定碟片激光晶體，另一個端面上均勻分布有同軸排列的肋片；
[0037]應用于碟片激光器散熱時，熱沉上表面緊貼于碟片激光晶體的背面，下表面對準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;冷卻介質在壓力作用下從冷卻系統(tǒng)的冷卻介質入口進入噴管，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