專利名稱：激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光二極管泵浦固體激光器，特別是激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒 的散熱方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于激光二極管端面泵浦固體激光器，泵浦光空間分布以及晶體對(duì)泵浦光軸向的吸收， 引發(fā)端面形變、熱應(yīng)力雙折射和熱透鏡效應(yīng)。其中，晶體熱透鏡效應(yīng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，它會(huì)對(duì)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 ，可能引起晶體的損傷；端面形變效應(yīng)所占比例雖小，但是它可能引起晶體端面膜層的損壞 。因此，如何合理設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)對(duì)于固體激光器至關(guān)重要。
對(duì)于激光二極管端面泵浦柱狀晶體，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 箔包裹，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)將熱量導(dǎo)出。圖l給出 了傳統(tǒng)熱沉結(jié)構(gòu)，它主要通過(guò)晶體棒1的圓周面包裹的銦箔2和銦箔2外側(cè)面緊固的金屬熱沉3 將晶體棒l內(nèi)部產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到半導(dǎo)體制冷器，由半導(dǎo)體制冷器吸收。但是，由于受到加 工精度的限制，夾持晶體所用的金屬熱沉3內(nèi)孔壁具有一定的粗糙度，它與所夾持的晶體之 間存在縫隙，通常包裹晶體所用的材料銦箔2由于自身的延展性導(dǎo)致了它不可能完全填補(bǔ)縫 隙，在激光晶體和金屬熱沉之間存在空氣層，由于空氣在不流動(dòng)的情況下熱傳導(dǎo)系數(shù)極低， 僅有0.023W/(m'C)，導(dǎo)致從晶體到外界導(dǎo)熱通路的熱阻極大，導(dǎo)熱不暢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可消除金屬熱沉和晶體間的縫隙，以便減小熱阻的激光二極管 端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法，其特 征是諧振腔中的晶體棒與金屬熱沉之間有碳納米材料層，晶體棒熱量通過(guò)碳納米材料層傳 導(dǎo)到金屬熱沉。
所述的金屬熱沉由上下兩塊金屬熱沉夾持固定。
所述的碳納米材料層包裹在晶體棒的側(cè)表面，其寬度小于或者等于晶體棒的長(zhǎng)度。 所述的碳納米材料層的厚度小于或者等于晶體棒與兩塊金屬熱沉構(gòu)成夾持腔體之間的間隙。
本發(fā)明的特點(diǎn)是通常包裹晶體所用的銦箔厚度為10 100um，而單層碳納米管材料的 厚度在40nm左右，單層的徑向?qū)嵯禂?shù)約為0.21W/(m。C)，可以根據(jù)需要包裹若干層(一般 小于100層)在晶體的側(cè)表面，利用其厚度優(yōu)勢(shì)可以較有效的填補(bǔ)加工精度所導(dǎo)致的晶體和 熱沉之間縫隙，其熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)高于空氣，它的填充可以減小空氣層帶來(lái)的高熱阻，從而使 得由晶體到外界冷源之間的導(dǎo)熱通路更為順暢，有利于控制晶體溫度，減小熱效應(yīng)的影響。


下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l是使用銦箔的傳統(tǒng)晶體側(cè)面散熱結(jié)構(gòu)圖； 圖2是使用納米材料散熱方法結(jié)構(gòu)圖； 圖3是將納米材料包裹在晶體側(cè)面所用裝置示意圖。
圖中1、晶體棒；2、銦箔；3、金屬熱沉；4、碳納米材料層；5、連接件；6、夾持工
具；7、電動(dòng)機(jī)；8、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頭；9、支架。
具體實(shí)施例方式
如圖2所示，晶體棒1外側(cè)包裹碳納米材料層4，與晶體棒l外徑相一致的兩半圓金屬熱沉 3夾持包裹碳納米材料層4的晶體棒1進(jìn)行固定，由碳納米材料層4將晶體棒1產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出 到金屬熱沉3，再由金屬熱沉3傳導(dǎo)給冷源如半導(dǎo)體制冷器吸收。由于碳納米材料層4單層厚 度在納米量級(jí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)包裹的層數(shù)充分填充晶體棒1與金屬熱沉3之間的縫隙；碳納米 材料層4寬度小于或者等于晶體棒1的長(zhǎng)度。碳納米材料層4的厚度小于或者等于晶體棒1與兩 塊金屬熱沉3構(gòu)成夾持腔體之間的間隙。
由于碳納米管材料層4的熱傳導(dǎo)系數(shù)遠(yuǎn)大于不流動(dòng)的空氣，因此它的填充可以減小從晶 體棒1到金屬熱沉3之間的熱阻。
包裹碳納米材料層4可采用圖3的方法，將晶體棒1輸出端插入連接件5并緊固，電動(dòng)機(jī)7 的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頭8從另一側(cè)插入連接件5并緊固，保證晶體棒l和電動(dòng)機(jī)7的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頭8同 步轉(zhuǎn)動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)7用夾持工具6固定在支架9的立柱上。開(kāi)動(dòng)電動(dòng)機(jī)7，它的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頭8 隨即開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接件5帶動(dòng)晶體棒1轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著晶體棒l的旋轉(zhuǎn)，將從硅片上抽出的碳 納米材料層4層層包裹在晶體棒1的側(cè)面。
權(quán)利要求
1.激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法，其特征是諧振腔中的晶體棒(1)與金屬熱沉(3)之間有碳納米材料層(4)，晶體棒(1)熱量通過(guò)碳納米材料層(4)傳導(dǎo)到金屬熱沉(3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散 熱方法，其特征是所述的金屬熱沉(3)由上下兩塊金屬熱沉夾持固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散 熱方法，其特征是所述的碳納米材料層(4)包裹在晶體棒(1)的側(cè)表面，其寬度小于或者等于晶體棒(1)的長(zhǎng)度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散 熱方法，其特征是所述的碳納米材料層(4)的厚度小于或者等于晶體棒(1)與兩塊金屬 熱沉(3)構(gòu)成夾持腔體之間的間隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光二極管泵浦固體激光器，特別是激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法，激光二極管端面泵浦固體激光器晶體棒的散熱方法，其特征是諧振腔中的晶體棒(1)與金屬熱沉(3)之間有碳納米材料層(4)，晶體棒(1)熱量通過(guò)碳納米材料層(4)傳導(dǎo)到金屬熱沉(3)。它可消除金屬熱沉和晶體間的縫隙，使得由晶體到外界冷源之間的導(dǎo)熱通路更為順暢，有利于控制晶體溫度，減小熱效應(yīng)的影響。
文檔編號(hào)H01S3/042GK101640366SQ20091030399
公開(kāi)日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者宋小鹿, 文建國(guó), 李兵斌, 王石語(yǔ), 蔡德芳, 振 過(guò) 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)