專利名稱：用于半導體激光單管組合側面泵浦固體激光器的散熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體激光單管組合側面泵浦固體激光器，特別涉及 用于該激光器上的散熱裝置。
背景技術：
激光增益模塊一般用于泵浦固體激光器。在大功率激光增益模塊中，泵浦源在提供所需要泵浦光的同時，還會產生一部分廢熱；而泵浦光在泵 浦過程中除了一部分能量用于有效泵浦，產生激光輻射外，也會產生大量 廢熱，影響到激光輸出功率和光束質量。因此，必須對激光增益模塊進行 制冷。由于現有技術中的大部分激光增益模塊采用半導體激光二極管陣列 (Laser Diode Array,以下簡稱LDA )作為泵浦源，其中的LDA —般由多 個激光條(bar)串聯而成，每個激光條又由多個發(fā)光單元集成，此種類型 的LDA具有結構復雜、出光率低、散熱性差的缺點，因此對于包含有LDA 的激光增益模塊需要采用水冷方式散發(fā)激光增益模塊的熱量。當采用水冷 方式散熱時，激光增益模塊上的散熱裝置通常需要配備水箱或者水泵，因 而具有結構繁雜、使用不便的缺陷。隨著單管激光二極管功率的提高，本領域技術人員開始在激光增益模 塊中將單管激光二極管作為泵浦源。單管激光二極管具有結構簡單、出光 效率高、易于制冷的優(yōu)點，所產生的廢熱要遠小于LDA。即使將多個單管 激光二極管組合起來，所產生的廢熱也比同等功率的LDA要小?，F有技 術中，以單管激光二極管作為泵浦源的激光增益模塊通常沿用了給LDA 制冷的水冷方式?？紤]到單管激光二極管高效率、易于制冷的優(yōu)點，以及 采用水冷方式的散熱裝置結構繁雜、使用不便的缺陷，可以在采用單管激 光二極管的激光增益模塊中拋棄水冷的制冷方式，采用利用風冷方式進行 散熱的相關散熱裝置。實用新型內容本實用新型的目的是克服現有單管激光二極管的激光增益模塊中的散熱裝置結構復雜、使用不便的缺陷，從而提供一種結構相對簡單的散熱 裝置。為了實現上述目的，本實用新型提供了一種用于側面泵浦固體激光器的散熱裝置，包括上熱沉、下熱沉、熱電制冷片以及散熱器；所述上熱沉 的底面與所述下熱沉的頂面相接；在所述下熱沉與所述散熱器之間夾持熱散熱器的頂面貼合；其中，兩個所述的軸向通孔組合后所形成的通孔的垂直于通孔軸線方向的截面 成正多邊形；在所述下熱沉的軸向通孔的底端有一凸起，在所述凸起上開上述技術方案中，所述熱管包括管殼、吸液芯和工作流體。 上述技術方案中，所述熱管安裝在所述上熱沉的表面和所述下熱沉的 內部。上述技術方案中，所述熱管包括"n"字形熱管和線形熱管；其中，所述線形熱管安裝在所述下熱沉的內部且位于所述凸起的下方；所述 "n"字形熱管安裝在所述上熱沉頂部表面的多個平行的半圓形凹槽內， 且所述"n"字形熱管穿入到所述下熱沉的內部。上述技術方案中，所述熱管包括環(huán)形熱管，所述環(huán)形熱管包括安裝在 所述上熱沉頂部表面的多個平行的半圓形凹槽內且穿入到所述下熱沉內 部的部分，以及安裝在所述下熱沉底端的部分。上述技術方案中，在所述熱沉與所述熱管之間、所述熱沉與所述熱電 制冷片之間、所述熱電制冷片與所述散熱器之間涂有用于提高導熱率的導 熱脂。上述技術方案中，兩個所述的軸向通孔組合后所形成的通孔的垂直于 通孔軸線方向的截面所形成的正多邊形為正十二邊形。 本實用新型的優(yōu)點在于1、 本實用新型可以實現大功率半導體側面泵浦激光增益模塊的完全風 冷，尤其適用于狹小空間內大功率激光的獲得。2、 本實用新型結構簡單、散熱效率高，便于使用。

圖1為本實用新型的散熱裝置所在的激光增益模塊的立體示圖；圖2為本實用新型的散熱裝置所在的激光增益模塊的 一種實現方式的正向截面剖^L圖3為本實用新型的散熱裝置所在的激光增益模塊的一種實現方式在A-A方向的截面剖^L圖4為本實用新型的散熱裝置所在的激光增益模塊的另 一種實現方式的正向截面剖視圖。圖面說明
1 棒狀激光晶體 2反射腔 3 單管激光二極管
4 整形透鏡 5 上熱沉 6 下熱沉
7 "n"字形熱管 8 線形熱管 9 熱電制冷片
10 散熱器
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。在圖1中，示出了一種用于半導體激光單管組合側面泵浦的激光增益模塊的示意圖，在該激光增益模塊中采用了本實用新型的散熱裝置的一種實現方式。從圖中可以看出，該散熱裝置包括有上熱沉5、下熱沉6、熱電制冷片(Thermoelectric Cooling Chip，下面筒稱TEC ) 9以及散熱器10。在下文中將對散熱裝置中上述部件的結構特點以及它們之間的連接關系進行說明。
上熱沉5由諸如高導熱率無氧銅的高導熱率材料制成。上熱沉5的底面為平面，在底面的中心位置開有軸向通孔。在該通孔內可安裝激光增益模塊所需的單管激光二極管、棒狀激光晶體、反射腔、透鏡等部件。上熱沉5的頂部呈半圓柱形，圓柱形頂部的表面開有多個平行的半圓形凹槽，使得"n，，字形熱管7可放置在這些半圓形凹槽內。在本實施例中，由圖3中對下熱沉6的軸向截面圖中可以看出，所述半圓形凹槽以及"n"字形熱管7的個數為5個。在上熱沉5的邊緣部分還開有用于與下熱沉6連接的連接孔以及用于使得"n"字形熱管7通過的通孔。
下熱沉6同樣由諸如高導熱率無氧銅的高導熱率材料制成。下熱沉6的頂面為平面，在頂面的中心位置也開有軸向通孔。下熱沉6內的軸向通孔與前述上熱沉5內的軸向通孔的位置相對應，在上熱沉5和下熱沉6裝配后，兩軸向通孔組合后的截面成正多邊形。在下熱沉6的軸向通孔的底端有類似梯形的凸起，該凸起上開有用于安放激光晶體的凹槽。下熱沉6內部且位于所述凹槽的下方裝有線形熱管8,在圖2中對下熱沉6的截面圖中可以看出所述的線形熱管8。在圖3中對下熱沉6的軸向截面圖中可以看出，在本實施例中，線形熱管8有5個。下熱沉6頂面的邊鄉(xiāng)彖部分開有用于與上熱沉5連接的連接孔以及用于使得"n，，字形熱管7通過的通孔。所述連接孔、通孔與上熱沉5上的相應孔的位置對應。下熱沉6的底面也為平面，該底面的邊緣部分開有用于與散熱器IO連接的連接孔。
上熱沉5、下熱沉6中所涉及的"n"字形熱管7和線形熱管8是具有極高導熱率的裝置。熱管一般由管殼、吸液芯和工作流體三部分組成，它是利用全封閉的管殼中的工作流體的蒸發(fā)與冷凝來傳遞熱量的。工作狀態(tài)下的熱管可分為吸熱段和冷凝段兩部分，熱管在工作時，吸熱段受熱，管壁周圍的液體瞬間汽化產生蒸汽，此時這部分的壓力就會變大，蒸汽在微小的壓力差下流向冷凝段，在冷凝段釋放出熱量，重新凝結成液體。液體再沿吸液芯靠毛細力的作用流回吸熱段，如此循環(huán)不止。熱量由熱管一端傳至另外一端，這種循環(huán)是快速進行的，從而使得熱量可以被源源不斷地傳導開來。
TEC9與散熱器10可采用市場上常見的相應部件。TEC9成板狀，散熱器IO的頂面為平面，在頂面的邊緣處開有用于與下熱沉6連接的連接孔，該連接孔與下熱沉6上的對應連接孔的位置相對齊。
將上述部件組合在一起以形成散熱裝置時，上熱沉5的底面與下熱沉6的頂面接觸，上熱沉5的"n，，字形熱管7穿過下熱沉6上的相應通孔插入到下熱沉6的內部，上熱沉5和下熱沉6通過上熱沉5的連4妄孔與下熱沉6頂面的連接孔相連。下熱沉6還通過底部的連接孔與散熱器10相連，在所述下熱沉6與散熱器10之間夾持TEC9， TEC9的冷面與下熱沉6的底面貼合，熱面與散熱器10的頂面貼合。本實用新型中熱沉與熱管、熱沉與TEC以及TEC與散熱器接觸處均可涂導熱脂以提高導熱率。需要說明的是，在本實施例中，"n"字形熱管7插入到下熱沉6的內部，但在其它實現方式中，"n"字形熱管7與下熱沉6間的位置關系并不局限于上迷說明，例如，"n，，字形熱管7也可以包圍在下熱沉6的外部。
將上述的散熱裝置應用到半導體激光單管組合側面泵浦的激光增益模塊中時，需要在散熱裝置內安裝包括棒狀激光晶體1、反射腔2、單管
激光二極管3、整形透鏡4在內的各個部件，從而得到所述的激光增益模塊。其中，所述的棒狀激光晶體1可直接從市場上購得。所述反射腔2是中空的圓柱形薄壁，其內表面通過電鍍形成高反面，反射腔2的正下方有相對于下熱沉6上凸起的開口 。所述的單管激光二級管3可從市場上直接購得。
在散熱裝置內安裝上述部件時，參考圖1和圖2,通過在前述下熱沉6內凸起上的凹槽安裝所述的棒狀激光晶體1，所述的反射腔2利用正下方的開口套裝在棒狀激光晶體1外。在本實施例中，由上熱沉5和下熱沉6組合而成的正多邊形通孔的垂直于通孔軸線方向的截面可為正十二邊形，除去下方用于安放棒狀激光晶體1的凸起部分，可在正十二邊形的十條邊上各自安裝一列單管激光二極管3,使得單管激光二極管3圍繞反射腔2按照一定的順序排布。 一列單管激光二極管3中，所安裝的單管激光二極管3的個數可根據實際需要而定，在本實施例中，如圖3所示， 一列單管激光二極管3的個數為十個。在固定安裝單管激光二極管3時，各個二極管的出光方向正對棒狀激光晶體1，且同一列單管激光二極管3的出光方向一致。在一列單管激光二極管3之前可粘有對應長度的整形透鏡4，使得單管激光二極管3所發(fā)出的激光能夠均勻地泵浦到棒狀激光晶體1上。在本實施例中， 一個單管激光二極管3的功率為5 W,則整個激光增益模塊的總泵浦功率即可達到500W。需要說明的是，在本實施例中，所述上熱沉5和下熱沉6組合而成的通孔為正十二邊形，-f旦在實際應用中，也可根據需要采用其它邊數的正多邊形。
安裝有本實用新型的散熱裝置的激光增益模塊在工作時，利用熱管將單管激光二極管3所產生的廢熱傳導到熱沉的底部，然后通過TEC9與散熱器10將熱量及時散發(fā)到空氣中。與實心熱沉相比，在導熱率上有極大提高，且比帶有水冷通道的熱沉更為靈活。
上述說明給出了本實用新型的散熱裝置以及采用該散熱裝置的激光增益模塊的一種實現方式。在具體實現時，所述散熱裝置以及所對應的激光增益模塊的結構并不局限于上述實現方式。在圖4中還給出了另一種實現方式。在這一實現方式中，散熱裝置中的其余部分保持不變，但前述的
"n"字形熱管7和線形熱管8由一個環(huán)形熱管11代替，使得前述"n"字形熱管7和線形熱管8在下熱沉6的底部連成 一 體，作為共同的冷凝段。這一實現方式由于增加了冷凝段的長度，加快了熱沉與TEC9之間的換熱過程，從而使得整個散熱裝置的散熱過程更快。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求1、一種用于半導體激光單管組合側面泵浦固體激光器的散熱裝置，其特征在于，包括上熱沉(5)、下熱沉(6)、熱電制冷片(9)以及散熱器(10)；所述上熱沉(5)的底面與所述下熱沉(6)的頂面相接；在所述下熱沉(6)與所述散熱器(10)之間夾持熱電制冷片(9)，所述熱電制冷片(9)的冷面與所述下熱沉(6)的底面貼合，熱面與所述散熱器(10)的頂面貼合；其中，所述上熱沉(5)的底面與所述下熱沉(6)的頂面的對應位置各開有軸向通孔，兩個所述的軸向通孔組合后所形成的通孔的垂直于通孔軸線方向的截面成正多邊形；在所述下熱沉(6)的軸向通孔的底端有一凸起，在所述凸起上開有凹槽；在所述上熱沉(5)和所述下熱沉(6)上安裝有用于導熱的熱管。
2、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管包括管 殼、吸液芯和工作流體。
3、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管安裝在 所述上熱沉(5)的表面和所述下熱沉(6)的內部。
4、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管包括"n" 字形熱管(7)和線形熱管(8);其中，所述線形熱管(8)安裝在所述下熱沉(6)的內部且位于所述凸起的 下方；所述"n"字形熱管(7)安裝在所述上熱沉(5)頂部表面的多個 平行的半圓形凹槽內，且所述"n"字形熱管(7)穿入到所述下熱沉(6) 的內部。
5、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管包括環(huán) 形熱管(11)，所述環(huán)形熱管(11)包括安裝在所述上熱沉(5)頂部表面 的多個平行的半圓形凹槽內且穿入到所述下熱沉(6)內部的部分，以及 安裝在所述下熱沉(6)底端的部分。
6、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，在所述熱沉與所 述熱管之間、所述熱沉與所述熱電制冷片(9)之間、所述熱電制冷片(9) 與所述散熱器(10)之間涂有用于提高導熱率的導熱脂。
7、 根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，兩個所述的軸向 通孔組合后所形成的通孔的垂直于通孔軸線方向的截面所形成的正多邊形為正十二邊形
專利摘要本實用新型提供一種用于半導體激光單管組合側面泵浦的散熱裝置，包括上熱沉、下熱沉、熱電制冷片以及散熱器；上熱沉的底面與下熱沉的頂面相接；在下熱沉與散熱器之間夾持熱電制冷片，熱電制冷片的冷面與下熱沉的底面貼合，熱面與散熱器的頂面貼合；其中，上熱沉的底面與下熱沉的頂面的對應位置各開有軸向通孔，兩個軸向通孔的徑向截面成正多邊形；在下熱沉的軸向通孔的底端有一凸起，在凸起上開有凹槽；在上熱沉的表面和下熱沉的內部安裝有用于導熱的熱管。本實用新型可以實現大功率半導體側面泵浦激光增益模塊的完全風冷，尤其適用于狹小空間內大功率激光的獲得；本實用新型結構簡單、散熱效率高，便于使用。
文檔編號H01S3/042GK201387988SQ20092010669
公開日2010年1月20日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權日2009年4月2日
發(fā)明者晶 張, 樊仲維, 鵬 王, 芳 郭 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司