專利名稱：激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散熱方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及激光二極管泵浦固體激光器的散熱方法，特別是激光二極 管泵浦固體激光器中晶體端面散熱方法。
背景技術(shù)：
在激光二極管泵浦固體激光器的設計過程中，晶體熱效應影響是客觀 存在的，如何控制、減弱晶體熱效應的影響是直接決定了激光器的功率輸 出效率。
晶體熱效應表現(xiàn)為熱透鏡效應、熱應力雙折射效應和端面形變效應， 其中，晶體熱透鏡效應占絕對優(yōu)勢，它會對激光產(chǎn)生匯聚作用，熱應力雙 折射效應影響激光的偏振態(tài)，若熱應力超出晶體所能承受的范圍，可能會 引起晶體的損傷。端面形變效應所占比例雖小，但是它應可能引起晶體端 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將熱量傳導到半導體制冷器，由半導體制冷器傳向冷源。 其熱流路徑如圖1中的箭頭方向所示。我們以0. 1%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
本發(fā)明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命。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，設計一種激光二極管泵浦固體激光器中
晶體端面散熱方法，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，通過金剛石薄片1將棒狀晶體2泵浦端面熱量傳導給冷源進 行散熱。
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，通過晶體熱沉將熱量傳導 到半導體制冷器，由半導體制冷器進一步吸收晶體熱沉傳導的棒狀晶體2 的熱量。
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 于棒狀晶體2直徑。
本發(fā)明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至給冷源，以此提高了晶體的散熱效 率，減弱熱效應的影響。金剛石熱導率極高，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)合實施例附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1是傳統(tǒng)晶體散熱結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖3是晶體端面直接散熱裝置導熱路徑示意圖。
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。
具體實施例方式
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厚度可以在1-3mm之間，金剛石薄片1的直徑大 于等于棒狀晶體2直徑。
使用金剛石薄片1的好處還在于它是導熱透光材料，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 導到冷源如半導體制冷器，由半導體制冷器進一步吸收晶體熱沉傳導的棒 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倍導熱率向金剛石薄片1四周傳導和輻射。輻射帶走 了大部分熱量。傳導到晶體熱沉上組件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。該散熱方式的導熱路徑在傳統(tǒng)熱沉的基 礎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l輻射；同時還將側(cè)面的熱量由熱沉傳導至外界。 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方法，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)，通過金剛石薄片(1)將棒狀晶體(2)泵浦端面熱量傳導給冷源進行散熱。
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方法，其特征是所述的金剛石薄片(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)，通過晶體熱沉將熱量傳導到半導體制冷器，由半導體制冷器進一 步吸收晶體熱沉傳導的棒狀晶體(2)熱量。
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 熱方法，其特征是所述的金剛石薄片(1)厚度在1-3,之間，金剛石 薄片(1)的直徑大于等于棒狀晶體(2)的直徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光二極管泵浦固體激光器的散熱方法，特別是激光二極管泵浦固體激光器中晶體端面散熱方法，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)，通過金剛石薄片(1)將棒狀晶體(2)泵浦端面熱量傳導給冷源進行散熱。以便有效的提高了晶體散熱效果，減弱晶體熱效應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命。
文檔編號H01S3/042GK101174752SQ20071018844
公開日2008年5月7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