專利名稱：用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器，特別是一種用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，尤其 適用于聚集大量的大功率激光二極管線形陣列(俗稱"巴條")，均勻地側(cè)面泵浦固 體激光介質(zhì)。
背景技術(shù)：
如何聚集較大數(shù)量的大功率激光二極管線形陣列(以下簡稱"巴條")并形成 合適的光場分布，如何實(shí)現(xiàn)泵浦光源的快速冷卻和恒溫控制，以提高泵浦光總功率， 保持光譜穩(wěn)定和輻照均勻，是大功率全固態(tài)激光器中側(cè)面泵浦技術(shù)的核心問題。巴 條器件的尺寸不小，而棒狀激光介質(zhì)的的直徑有限，在其周圍安排很多個巴條成為 一大難題。引進(jìn)壓縮束散的光學(xué)系統(tǒng)可以容許泵浦源不必擠在激光介質(zhì)附近的很小 空間，但是結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，不但成本上升，可靠性降低，而且輻照的均勻性變壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè) 面環(huán)繞泵浦模塊，該泵浦模塊容許巴條輸出腔面離激光介質(zhì)很近，容許聚集很多個 巴條環(huán)繞激光棒，實(shí)現(xiàn)高功率的均勻泵浦，同時能夠?qū)崿F(xiàn)泵浦源的快速冷卻和恒溫 控制。該泵浦模塊還具有集成化、模塊化、堅(jiān)固抗震、穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單及成本 低等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，是構(gòu)成泵浦源的基本單元，其 特點(diǎn)包括一個具有冷卻液微通道的環(huán)狀的熱沉盤塊和均勻地封裝在該環(huán)狀的熱沉 盤塊內(nèi)壁上的多個巴條。
所述的熱沉由熱沉芯和熱沉框構(gòu)成，該熱沉芯是一 中心軸向開有一 多邊形通 孔的并具有一熱沉芯開口的外圓的環(huán)形塊體，該熱沉芯的外圓周上刻設(shè)有多條冷 卻液微通道溝槽，該多邊形通孔內(nèi)壁的每一個平面構(gòu)成封裝所述的巴條的平臺； 所述的熱沉框是中心具有一軸向的與所述的熱沉芯外形相配的園形通孔的盤塊， 該園形通孔亦有一熱沉框開口通往熱沉框之體外，該熱沉框的盤塊的厚度與熱沉 芯環(huán)形塊體的厚度相同，該熱沉框還設(shè)有連接所述的微通道溝槽和外界冷卻液源的冷卻液通道，所述的熱沉芯裝入所述的熱沉框的園形通孔中組合后，所述的熱 沉芯開口和所述的熱沉框開口相重疊，供設(shè)置電極引出線支架。所述的熱沉框是外形為園形、或矩形、或其它多邊形的盤塊。所述的微通道槽溝底部與多邊形通孔底部之間的高導(dǎo)熱材料層的厚度，即到 巴條襯底的距離為百微米量級。所述的熱沉框還設(shè)有供泵浦模塊組裝的多個旋轉(zhuǎn)對稱的定位結(jié)構(gòu)，該定位結(jié) 構(gòu)為多對相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多對相互嵌套的定位通孔和插桿。所述的巴條巴條，具有標(biāo)準(zhǔn)的長度l厘米，封裝在寬度為2毫米的高導(dǎo)熱絕 緣陶瓷上，再封裝在所述的熱沉芯的多邊形通孔的內(nèi)壁平臺上。本發(fā)明的技術(shù)效果，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有三大優(yōu)點(diǎn)第一，聚集最多數(shù)量的巴條環(huán)繞棒狀激光介質(zhì)的圓柱形側(cè)面均勻排布，十分 靠近地直接泵浦，因而能夠集中盡可能高的泵浦功率，形成非常均勻的泵浦光場；第二，冷卻液緊貼巴條并形成高效帶走熱量的湍流，通過厚僅幾百微米的最佳 導(dǎo)熱材料薄層致冷巴條，可實(shí)現(xiàn)快速冷卻和恒溫控制，確保泵浦源與激光介質(zhì)之間 穩(wěn)定的高效率光譜耦合；第三，傘發(fā)明泵浦模塊是以可堆疊、可旋轉(zhuǎn)的盤塊為基本單元的模塊，便于根 據(jù)棒狀激光介質(zhì)的長度將泵浦模塊堆疊，成倍地提高泵浦功率，便于從長棒獲得更 均勻的增益。


圖1是卒發(fā)明用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖視圖 圖2是熱沉芯1的結(jié)構(gòu)3本發(fā)明泵浦模塊用于泵浦棒狀激光介質(zhì)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制卒發(fā)明的保護(hù) 范圍。先請參閱圖1，圖1是卒發(fā)明用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊的實(shí)施 例的結(jié)構(gòu)剖視圖，由圖可見，本發(fā)明用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，包 括一個具有冷卻液微通道的環(huán)狀的熱沉盤塊和封裝在該環(huán)狀的熱沉盤塊上的巴條所述的環(huán)狀的熱沉盤塊由熱沉芯1和熱沉框2構(gòu)成，該熱沉芯1為中心軸向 開有一多邊形通孔的并具有一熱沉芯開口 103的外圓的環(huán)形塊體，該熱沉芯1的
外圓周上刻設(shè)有多條冷卻液微通道溝槽101 ，該多邊形通孔內(nèi)壁的每一個平面構(gòu)成 封裝所述的巴條3的平臺102;所述的熱沉框2是中心具有一軸向的與所述的熱沉 芯1外形相配的園形通孔的盤塊，該園形通孔亦有一熱沉框開口 203通往熱沉框2 之體外，該熱沉框2的盤塊的厚度與熱沉芯1環(huán)形塊體的厚度相同，該熱沉框2 還設(shè)有連接所述的微通道溝槽101和外界的冷卻液源的冷卻液通道202，所述的熱 沉芯1裝入熱沉框2的園形通孔中組合后，所述的熱沉芯開口 103和熱沉框丌口 203相重疊，供設(shè)置電極引出線支架4。所述的熱沉框2是外形為園形、或矩形、或其它多邊形的盤塊。 所述的微通道槽溝101底部與多邊形通孔底部之間的高導(dǎo)熱材料層的厚度， 即到巴條襯底的距離為百微米量級。所述的熱沉框2還設(shè)有供本發(fā)明多個相同的泵浦模塊組裝的定位結(jié)構(gòu)201， 該定位結(jié)構(gòu)201為多對相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多對相互嵌套的定位 通孔和插桿。所述的巴條3具有標(biāo)準(zhǔn)的長度1厘米，封裝在寬度為2毫米的高導(dǎo)熱絕緣陶 瓷上，再封裝在所述的熱沉芯1的多邊形通孔的內(nèi)壁平臺102上。本發(fā)明根據(jù)實(shí)際需要的泵浦功率和容許排布的空間大小，設(shè)計(jì)為聚集N個巴條 的側(cè)面泵浦模塊。由巴條襯底寬約2毫米、最小激光棒直徑2毫米、最薄冷卻液層 厚0.5毫米和最薄冷卻液套管壁厚0.5毫米這些極限尺寸可知，N的取值至少能達(dá) 到5。現(xiàn)以聚集9個巴條的泵浦模塊為例進(jìn)行說明。圖l是本發(fā)明用于棒狀激光介質(zhì)環(huán)繞側(cè)面泵浦模塊的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖，包括: 熱沉芯1、熱沉框2、巴條3和為巴條組供電的總電極4。熱沉芯1采用物化性能穩(wěn) 定的高導(dǎo)熱材料，如紫銅；設(shè)計(jì)為圓環(huán)形塊體，該圓環(huán)形塊體的長度略大于巴條3 的1厘米線陣的長度，熱沉芯1的中心開有九邊形的通孔，即造成九個平面，每一 個平面都是提供封裝大功率巴條的平臺102。熱沉框2采用物化性能穩(wěn)定、有足夠 剛性強(qiáng)度、易加工的材料，如黃銅；熱沉框2取矩形或園形等外形結(jié)構(gòu)，中心開有 與沉芯1相配的園形通？L;熱沉框2還設(shè)計(jì)了連接沉芯1的微通道101和外界的冷 卻液源相連的冷卻液通道202和堆疊模塊時必要的安裝定位結(jié)構(gòu)(如本實(shí)施例中的 定位孔201)。熱沉芯1和熱沉框2組合，構(gòu)成尺度在百微米量級的準(zhǔn)微通道101。 準(zhǔn)微通道槽溝101底部與九邊形通孔底部之間的高導(dǎo)熱材料層的厚度，即到巴條襯 底的距離，控制在幾百微米以內(nèi)。
圖2以機(jī)械圖形式揭示了熱沉芯1的結(jié)構(gòu)。其左圖是右圖的半剖視圖，可以看 得清楚，位于熱沉芯1中心的九邊形通孔提供了9個平臺102，用于封裝大功率巴 條；在熱沉芯1上環(huán)繞其圓周刻有許多個冷卻液微通道槽溝101。
巴條3具有標(biāo)準(zhǔn)的長度1厘米，封裝在寬度約為2毫米的高導(dǎo)熱絕緣陶瓷上。 在本實(shí)施例中，這樣的巴條共有9個，被分別封裝在熱沉芯l中心的九邊形內(nèi)孔的 壁上，即9個平臺102上。
如此構(gòu)成整個泵浦模塊，其中心具有一個多邊形的通孔，供安裝配備冷卻液套 管6的棒狀激光介質(zhì)5。因此，這個多邊形的內(nèi)切園直徑，應(yīng)設(shè)計(jì)為略大于激光棒 冷卻液套管6的外徑。
圖3表示了本發(fā)明泵浦模塊用于泵浦棒狀激光介質(zhì)的實(shí)施情況的結(jié)構(gòu)示意圖。 棒狀激光介質(zhì)5及其冷卻液套管6被安裝在本發(fā)明泵浦模塊的中心多邊形通孔內(nèi)， 其軸線與多邊形通孔的軸線完全重合。9個大功率巴條3均勻排布在環(huán)繞棒狀激光 介質(zhì)5及其冷卻液套管6的熱沉芯1的9個平臺102上，貼近泵浦激光棒。
熱沉框2帶有冷卻液的通道202，不僅連通準(zhǔn)微通道IOI，而且能夠與相鄰模 塊的冷卻液通道202配接，以便堆疊模塊之需。冷卻液通過冷卻液通道202，流入 刻在熱沉芯1上的準(zhǔn)微通道101，透過幾百微米厚的高導(dǎo)熱薄層，去致冷并恒溫控 制巴條3。冷卻液可用純凈的去離子的水，或具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能、抗凍性能和抑 菌性能的某種溶液，壓力和流量通常由循環(huán)液冷系統(tǒng)控制，同時實(shí)施溫度的調(diào)節(jié)和 恒溫控制。冷卻液套管6是為棒狀激光介質(zhì)提供冷卻液流通的， 一般采用石英或玻 璃材料，外表面鍍有針對泵浦光波長的增透膜。
本發(fā)明用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，能夠根據(jù)需要方便地任意堆 疊，可以成倍地提高泵浦功率。讓相鄰模塊繞軸線偏轉(zhuǎn)不同的角度，有可能從長棒 獲得更加均勻的增益。
權(quán)利要求
1、一種用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，是構(gòu)成泵浦源的基本單元，其特征在于包括一個具有冷卻液微通道的環(huán)狀的熱沉盤塊和均勻地封裝在該環(huán)狀的熱沉盤塊內(nèi)壁上的多條巴條(3)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，其特征在于所述的熱沉盤塊由 熱沉芯(1)和熱沉框(2)構(gòu)成，該熱沉芯(1)是一中心軸向開有一多邊形通孔 的并具有一熱沉芯開口 (103)的外圓的環(huán)形塊體，該熱沉芯(1)的外圓周上刻 設(shè)有多條冷卻液微通道溝槽(101)，該多邊形通孔內(nèi)壁的每一個平面構(gòu)成封裝所 述的巴條(3)的平臺(102);所述的熱沉框(2)是中心具有一軸向的與所述的 熱沉芯(1)外形相配的園形通孔的盤塊，該園形通孔亦有一熱沉框丌口 (203) 通往熱沉框(2)之體外，該熱沉框(2)的盤塊的厚度與所述的熱沉芯(1)環(huán)形 塊體的厚度相同，該熱沉框(2)還設(shè)有連接所述的微通道溝槽(101)和外界冷 卻液源的冷卻液通道(202)，所述的熱沉芯(1)裝入所述的熱沉框(2)的園形 通孔中組合后，所述的熱沉芯開口 (103)和所述的熱沉框開口 (203)相通，供 設(shè)置電極引出線支架(4)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，其特征在于所述的熱沉框(2) 是外形為園形、或矩形、或其它多邊形的盤塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，其特征在于所述的微通道槽溝 (101)底部與多邊形通孔底部之間的高導(dǎo)熱材料層的厚度，即到巴條襯底的距離為百微米量級。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，其特征在于所述的熱沉框(2) 還設(shè)有供泵浦模塊組裝的多個旋轉(zhuǎn)對稱的定位結(jié)構(gòu)(201)，該定位結(jié)構(gòu)(201)為 多對相互嵌套的定位凹槽和定位凸起，或多對相互嵌套的定位通孔和插桿。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，其特征在于所述的巴條(3) 具有標(biāo)準(zhǔn)的長度1厘米，封裝在寬度為2毫米的高導(dǎo)熱絕緣陶瓷上，再一起封裝 在所述的熱沉芯(1)的多邊形通孔的內(nèi)壁平臺(102)上。
全文摘要
一種用于棒狀激光介質(zhì)的側(cè)面環(huán)繞泵浦模塊，包括準(zhǔn)微通道液冷熱沉和封裝于其上的巴條。微通道致冷的泵浦光源環(huán)繞棒狀固體激光介質(zhì)，均勻排布，直接輻照。本發(fā)明能夠集中盡可能高的泵浦功率；能夠形成均勻的泵浦光場；能夠?qū)崿F(xiàn)泵浦源的快速冷卻和恒溫控制，確保與激光介質(zhì)之間穩(wěn)定的高效率光譜耦合。本發(fā)明是模塊化的，可堆疊、旋轉(zhuǎn)以便成倍地提高泵浦功率，和從長棒獲得更均勻的增益。
文檔編號H01S5/024GK101132107SQ20071004457
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者周國強(qiáng), 朱小磊, 李小莉, 畢進(jìn)子, 陸雨田 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所