本发明专利技术公开了一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，微流通道盖板的一侧与二级热沉的平面侧连接，二级热沉的另一侧通过定位槽与一级热沉连接，一级热沉上设置有激光晶体；微流通道盖板与二级热沉的接触侧设置有台阶，台阶上设置有微流通道，微流通道的一端设置有进水口，另一端对应设置有出水口，微流通道靠近出水口的一侧设置有用于形成湍流的阻挡物，一级热沉和二级热沉上设置有金刚石薄片。本发明专利技术提高了激光晶体的热导率，减小了激光晶体的热应力，提高了激光晶体的性能。
【技术实现步骤摘要】
一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构
本专利技术属于激光技术及应用
，具体涉及一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构。
技术介绍
随着激光技术的飞速发展,激光器的功率也不断增大，但是激光晶体在其工作时不可避免的会产生热。激光器内部结构中的热效应影响着激光器的输出质量以及使用寿命，制约着激光技术发展。所以对激光晶体散热技术的研究显得尤为重要。激光晶体的热量分布并不是均匀的，泵浦光照射到激光晶体端面后，沿晶体轴向方向通过，被逐渐吸收，泵浦光密度逐渐降低，导致晶体在轴向热分布不均匀，其泵浦端面热密度最大，而非泵浦端面热密度最小，而且热量主要集中在晶轴上，四周较少。现在的单向环行腔激光器中，对端面泵浦光晶体的散热方式，通常都是先通过一定工艺把铟填充在晶体与紫铜热沉之间，由于温度差的存在，铟皮会通过热传导的方式将晶体内的废热传导到紫铜热沉上。热沉中通常会有半导体制冷器件(TEC)或者水流内循环通道将热量带走。然而随着更大泵浦光功率的使用，此上两种方法显得力不从心。对于半导体制冷器件而言，其有着控温精准，体积小，可靠性高和寿命长等优点，但是它安装困难并且制冷效率太低，已不能满足激光晶体的散热需求。而对于水流内循环，虽然其散热能力与半导体制冷器相比更强，但是如果热量过高时，需要涉及更加复杂的水冷管路，会造成热沉体积过大，对晶体与热沉的铟封处理不利，管路加工困难，容易渗漏的风险。同时上述方法没有针对性，做不到各处散热能力与晶体热量分布相匹配，容易导致晶体在泵浦端面处的热张力过大，这对晶体是极为不利的。微通道于1981年被提出，由多个微小流体通道组成。当冷却剂流过微通道时，通过肋片的热传导和微通道内流体的流动带走功率器件的废热，具有快速制冷的能力，其具有结构简洁、高效、快速等优点。目前，微通道技术广泛的应用于高速电脑芯片、激光二极管阵列、微波放大器等高功率密度器件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，对微流通道进行改造，提高了散热效率的同时，尽可能地将热沉散热能力与晶体热量分布相匹配，从而改善晶体的热效应，提高输出激光功率，获得高质量激光光束输出。本专利技术采用以下技术方案：一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，包括微流通道盖板，微流通道盖板的一侧与二级热沉的平面侧连接，二级热沉的另一侧通过定位槽与一级热沉连接，一级热沉上设置有激光晶体；微流通道盖板与二级热沉的接触侧设置有台阶，台阶上设置有微流通道，微流通道的一端设置有进水口，另一端对应设置有出水口，微流通道靠近出水口的一侧设置有用于形成湍流的阻挡物，一级热沉和二级热沉上设置有金刚石薄片。具体的，台阶的高度为0.5～0.7mm，微流通道距离进水口的距离为3～4.5mm。具体的，其特征在于，微流通道的入水口处与形成的湍流相切。具体的，一级热沉和二级热沉靠近出水口的一侧设置有倒置的台阶用于放置金刚石薄片。具体的，激光晶体和一级热沉的连接处填充金属铟形成铟封。具体的，微流通道盖板上与二级热沉的接触侧开有凹槽，凹槽内设置有密封圈。具体的，阻挡物能够实现文丘里效应，阻挡物的分布与激光晶体的热分布一致。具体的，一级热沉的直角边与二级热沉上的定位槽为间隙配合。具体的，一级热沉与二级热沉之间，二级热沉与微流通道盖板之间均设置有导热硅脂层。具体的，入水口和出水口采用水冷快拧连接水管，通过外接变频泵实现流体在管路中的内循环。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术提供一种激光晶体水冷结构，其在激光晶体泵浦光端面加入金刚石晶体，使得激光晶体热密度最大处，其热导率最强，减小了激光晶体的热效应现象；同时采用微流通道水冷设计，并对微流通道进行改造，在保证散热能力的条件下，有效的减小了热沉的体积，且散热更具有针对性。同时，本结构设计简单，加工方便，除微流通道需要激光打标机外，其余都可用传统机床加工，成本低廉。进一步的，通过设置台阶高度和微流通道距离进水口距离实现水流的分配，使得各个微流通道内水量不一致。进一步的，通过微流通道的入水口处与形成的湍流相切使得各个微流通道内水量不一致。进一步的，金刚石薄片的热导率较高，可以及时将晶体的泵浦光面的温度导出，减小晶体热应力。进一步的，通过填充金属铟使得铟封后可以加强晶体与紫铜热沉的紧密性，加速晶体的散热。进一步的，设置密封圈后，可以防止微流通中的流体流出，污染试验台；同时可以防止外界杂质进入微流通道，造成微流通道堵塞等问题的产生。进一步的，流体经过阻挡物后，压力能转化为动能，使得在对流体扬程损失最小的情况下，散热能力更强。进一步的，一级热沉与定位槽间隙配合，方便拆装，可以较为方便的更换不同的晶体进行实验。进一步的，机械加工中，即使是平面非常光洁的两个平面在相互作用时都会有空隙，这些空隙中的空气是不良导体，会阻碍热量向散热片的传播，使用导热片填充空隙，使得热量的传导更加顺畅迅速。进一步的，使用快拧接头易用拆装，性能可靠，且快拧接头属于标准件，购买方便，价格低廉。综上所述，本专利技术通过采用在激光晶体泵浦光入射端面增加金刚石薄片，提高了激光晶体的热导率，减小了激光晶体的热应力，并且在微流通道内增加阻尼孔的设计，使得热量可以被流体介质快速散发掉，提高了激光晶体的性能。相比于传统冷却装置(风冷，TEC制冷)，对激光器的其他结构没有影响，不增加激光器的体积与复杂性。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术微流通道激光晶体水冷爆炸视图；图2为本专利技术微流通道激光晶体水冷结构示意图；图3为本专利技术微流通道阻挡物分布图，其中，(a)为侧视图，(b)为剖视图；图4为本专利技术微流通道盖板示意图；图5为本专利技术微流通道台阶示意图；图6为本专利技术立方状Nd:YAG晶体在端面泵浦光照射下温度分布图；图7为本专利技术入水口湍流分布图；图8为本专利技术景轴方向上流体流动速度仿真图。其中：1.微流通道盖板；2.密封圈；3.二级热沉；4.一级热沉；5.激光晶体；6.铟封；7.金刚石薄片；8.进水口；9.出水口；10.台阶；11.阻挡物；12.湍流；13.阻挡物处流动速度；14.凹槽。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，其特征在于，包括微流通道盖板(1)，微流通道盖板(1)的一侧与二级热沉(3)的平面侧连接，二级热沉(3)的另一侧通过定位槽与一级热沉(4)连接，一级热沉(4)上设置有激光晶体(5)；微流通道盖板(1)与二级热沉(3)的接触侧设置有台阶(10)，台阶(10)上设置有微流通道，微流通道的一端设置有进水口(8)，另一端对应设置有出水口(9)，微流通道靠近出水口(9)的一侧设置有用于形成湍流的阻挡物(11)，一级热沉(4)和二级热沉(3)上设置有金刚石薄片(7)。/n
【技术特征摘要】
1.一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，其特征在于，包括微流通道盖板(1)，微流通道盖板(1)的一侧与二级热沉(3)的平面侧连接，二级热沉(3)的另一侧通过定位槽与一级热沉(4)连接，一级热沉(4)上设置有激光晶体(5)；微流通道盖板(1)与二级热沉(3)的接触侧设置有台阶(10)，台阶(10)上设置有微流通道，微流通道的一端设置有进水口(8)，另一端对应设置有出水口(9)，微流通道靠近出水口(9)的一侧设置有用于形成湍流的阻挡物(11)，一级热沉(4)和二级热沉(3)上设置有金刚石薄片(7)。
2.根据权利要求1所述的端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，其特征在于，台阶(10)的高度为0.5～0.7mm，微流通道距离进水口(8)的距离为3～4.5mm。
3.根据权利要求1所述的高功率端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，其特征在于，微流通道的入水口处与形成的湍流相切。
4.根据权利要求1所述的端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构，其特征在于，一级热沉(4)和二级热沉(3)靠近出水口(9)的一侧对应设置有倒置的台阶用于放置金刚石薄片(7)。
...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘建彬，卫超奇，周宇，郑淮斌，陈辉，贺雨晨，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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