專利名稱：一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱結(jié)構(gòu)，特別是關(guān)于一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景光學(xué)材料在諸多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，對(duì)于光學(xué)材料來說，當(dāng)入射進(jìn)入材 料中的光功率較高時(shí)，光學(xué)材料內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的熱。由于光學(xué)材料的吸收率沿光 傳播方向逐漸減小，因此光學(xué)材料內(nèi)產(chǎn)生的熱功率密度也沿光傳播方向減小。光 學(xué)材料入射光的通光面附近的區(qū)域熱量最為集中。為保證光學(xué)材料在使用過程中 的穩(wěn)定性和可靠性，必須對(duì)其進(jìn)行有效的散熱。如圖l、圖2所示以普通的端面入射的固體光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)為例，入射光 3從光學(xué)材料1的一端注入，光學(xué)材料的側(cè)面(周向)為散熱面，整個(gè)側(cè)面被散熱 熱沉2包裹。此時(shí)，從光學(xué)材料中溫度沿徑向分布曲線(如圖3所示)可以看出， 溫度在光學(xué)材料中心軸處最高，并沿徑向逐漸降低。采用這種散熱結(jié)構(gòu)，雖然可 以使光學(xué)材料充分散熱，但是也使光學(xué)材料沿通光方向上存在較大的溫差，因此 通過光學(xué)材料的光的波面將發(fā)生變化。散熱的目的一方面要限制光學(xué)材料內(nèi)的最 高溫度，以確保光學(xué)材料的穩(wěn)定性和可靠性，另一方面要減小光學(xué)材料內(nèi)的溫差， 從而減小或控制通過光學(xué)材料的光的波面的變化。上述散熱結(jié)構(gòu)，雖然限制了光 學(xué)材料內(nèi)的最高溫度，但是卻無法控制和減小光學(xué)材料內(nèi)的溫差。在其它光學(xué)領(lǐng)域，由于光學(xué)材料同樣要吸收入射光，因此在光學(xué)材料內(nèi)部會(huì) 有熱量積累，現(xiàn)有技術(shù)的散熱結(jié)構(gòu)可以限制光學(xué)材料內(nèi)的最高溫度，并確保光學(xué) 材料的穩(wěn)定性和可靠性，但是由于散熱結(jié)構(gòu)的限制，光學(xué)材料內(nèi)存在溫差，從而 嚴(yán)重惡化光學(xué)系統(tǒng)的輸出。 發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以對(duì)光學(xué)材料內(nèi)的溫度分布進(jìn)行 一定的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)材料內(nèi)的折射率分布進(jìn)行一定控制的光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，它 包括光學(xué)材料和用于散熱的熱沉，其特征在于所述的熱沉僅包裹光學(xué)材料的局部區(qū)域。當(dāng)光從所述光學(xué)材料的端面注入時(shí)，所述熱沉包覆在所述光學(xué)材料的側(cè)面，所述光學(xué)材料的入射端露出所述熱沉的端部。在光單向注入的所述光學(xué)材料的單端露出所述熱沉的端部。 在光雙向注入的所述光學(xué)材料的雙端露出所述熱沉的端部。當(dāng)光從所述光學(xué)材料的端面單向注入時(shí)，所述熱沉設(shè)置在所述光學(xué)材料的輸出端端部。當(dāng)光從所述光學(xué)材料的側(cè)面注入時(shí)，沿所述光學(xué)材料的軸線分段設(shè)置所述熱沉。所述的光學(xué)材料的入射光功率大于10—6W，其光波為脈沖型和連續(xù)型中的一種。所述光學(xué)材料為固體，其截面形狀為圓柱狀和板條狀中的一種。 所述熱沉為透光材料或不透光材料。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明根據(jù)光學(xué)材料內(nèi) 光在傳導(dǎo)過程中的溫度分布特性提供的散熱結(jié)構(gòu)，對(duì)熱沉的尺寸和設(shè)置位置進(jìn)行 了改進(jìn)，因此對(duì)熱量的傳導(dǎo)進(jìn)行了有效控制，從而得到了所需要的光學(xué)材料內(nèi)部 的溫度分布和折射率分布。2、本發(fā)明由于提供了多種方式的散熱結(jié)構(gòu)，因此使用中可以根據(jù)不同的情況進(jìn)行選擇，使用非常靈活方便。3、采用本發(fā)明散熱結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)既可以滿足光學(xué)材料的散熱要求，確保工作的穩(wěn)定性和可靠性，又能夠 使得光學(xué)材料內(nèi)部的溫度分布與折射率分布得到控制。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱效 果好，在諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)示意2是圖1的側(cè)視示意圖 圖3是與圖2位置對(duì)應(yīng)的溫度分布示意圖 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1溫度分布示意圖 圖6是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖 圖7是本發(fā)明實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖 圖8是本發(fā)明實(shí)施例4結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例1:如圖4所示，本實(shí)施例描述了單向端面注入的方式，其包括光學(xué)材料l，為光學(xué)材料散熱的熱沉2，入射光3從光學(xué)材料1的通光面4注入，沿軸向傳播。本實(shí)施例中光學(xué)材料1的入射面附近區(qū)域不進(jìn)行散熱處理，熱沉2只包覆光學(xué)材料1 的中后部。由于光學(xué)材料1對(duì)入射光3的吸收沿光學(xué)材料軸向逐漸下降，因此入 射面附近為高吸收區(qū)，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱。如果入射面附近區(qū)域沒有進(jìn)行散熱處 理，則入射面附近的熱量不能沿徑向?qū)崿F(xiàn)傳導(dǎo)，而只能沿光學(xué)材料l軸向傳導(dǎo)至 有熱沉2包裹的區(qū)域再徑向傳導(dǎo)，并從光學(xué)材料l的側(cè)面散出。由于入射面附近區(qū)域在徑向的溫度分布較為均勻，溫差較小(如圖5所示)，因此，如果控制熱沉尺寸、入射光強(qiáng)度等參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)控制光學(xué)材料l內(nèi)部溫度和折射率分布的 目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通過光學(xué)材料l的入射光或其它光束的波面變化的控制。本實(shí) 施例的散熱結(jié)構(gòu)使得光學(xué)材料在充分散熱的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)材料內(nèi)部熱量傳導(dǎo) 的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)材料內(nèi)溫度分布和折射率的控制。實(shí)施例2:如圖3所示，本實(shí)施例描述了雙向端面注入的方式，入射光3從光學(xué)材料1 的兩個(gè)通光面4注入，沿軸向傳播。光學(xué)材料1兩端面附近不進(jìn)行散熱處理，散 熱的熱沉2只包覆光學(xué)材料1的中間部分。由于光學(xué)材料1對(duì)入射光3的吸收沿 光學(xué)材料l軸向、從端面至中心逐漸下降，因此注入端面附近為高吸收區(qū)，同時(shí) 產(chǎn)生大量的熱。如果兩端面附近區(qū)域沒有進(jìn)行散熱處理，則兩端面附近的熱量不 能沿徑向?qū)崿F(xiàn)傳導(dǎo)，而只能沿光學(xué)材料1軸向傳導(dǎo)至有熱沉2包裹的區(qū)域再徑向 傳導(dǎo)，并從光學(xué)材料l的側(cè)面散出。由于兩端面附近區(qū)域在徑向的溫度分布較為 均勻，溫差較小，因此，如果控制熱沉尺寸、入射光強(qiáng)度等參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)控 制光學(xué)材料內(nèi)部溫度和折射率分布的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通過光學(xué)材料1的入射光 或其它光束的波面變化的控制。本實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)使得光學(xué)材料在充分散熱的 同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)材料內(nèi)部熱量傳導(dǎo)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)材料內(nèi)溫度分布和 折射率的控制。實(shí)施例3:如圖4所示，本實(shí)施例描述了單向端面注入的方式，入射光3從光學(xué)材料1 的通光面4注入，沿軸向傳播。光學(xué)材料1的入射端面附近不進(jìn)行散熱處理，散 熱的熱沉2與光學(xué)材料1的另一個(gè)端面接觸，通過熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)散熱。由于光學(xué)材 料1對(duì)入射光3的吸收沿光學(xué)材料軸向逐漸下降，因此入射面附近為高吸收區(qū)， 同時(shí)產(chǎn)生大量的熱。如果在入射面附近區(qū)域沒有進(jìn)行散熱處理，光學(xué)材料l僅通 過設(shè)置在另一個(gè)端面的熱沉實(shí)現(xiàn)散熱，則入射端面附近的熱量不能沿徑向?qū)崿F(xiàn)傳 導(dǎo)，而只能沿光學(xué)材料軸向傳導(dǎo)至有熱沉接觸的區(qū)域再徑向傳導(dǎo)，并通過熱沉2 散出。由于入射面附近區(qū)域在徑向的溫度分布較為均勻，溫差較小，因此，如果控制熱沉尺寸、入射光強(qiáng)度等參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)控制光學(xué)材料l內(nèi)部溫度和折射 率分布的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)通過光學(xué)材料1的入射光或其它光束的波面變化的控 制。本實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)使得光學(xué)材料l在充分散熱的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)材料內(nèi) 部熱量傳導(dǎo)的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)材料內(nèi)溫度分布和折射率的控制。 實(shí)施例4:如圖5所示，本實(shí)施例描述了側(cè)面注入的方式，入射光3從光學(xué)材料1的側(cè) 面注入，沿徑向傳播。光學(xué)材料1進(jìn)行分段散熱處理，散熱的熱沉2只包覆光學(xué) 材料l的局部區(qū)域。由于入射光3沿徑向注入，因此光學(xué)材料1對(duì)入射光的吸收 沿光學(xué)材料徑向從側(cè)面至中心逐漸下降。如果光學(xué)材料1進(jìn)行分段散熱處理，并 且在入射側(cè)面附近區(qū)域沒有進(jìn)行散熱處理，則熱量在光學(xué)材料l內(nèi)只能沿光學(xué)材 料軸向傳遞至有熱沉2包裹的區(qū)域再徑向傳導(dǎo)，并從光學(xué)材料1的其它側(cè)面散出。 由于徑向的溫度分布較為均勻，溫差較小，因此，如果控制熱沉尺寸、入射光強(qiáng) 度等參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)控制光學(xué)材料內(nèi)部溫度和折射率分布的目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì) 通過光學(xué)材料l的入射光或其它光束的波面變化的控制。本實(shí)施例的散熱結(jié)構(gòu)使 得光學(xué)材料在充分散熱的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)材料內(nèi)部熱量傳導(dǎo)的控制，從而實(shí)現(xiàn) 對(duì)光學(xué)材料內(nèi)溫度分布和折射率的控制。上述各實(shí)施例中，光學(xué)材料l是固體的，其形狀可以是圓柱狀，也可以是板 條狀，還可以是其它形狀。光學(xué)材料的入射光功率大于10—6W，可以是脈沖的，也 可以是連續(xù)的；光學(xué)材料在O. lum 200mn的光譜范圍內(nèi)是通光的。另外光學(xué)材料 可以是一般光學(xué)材料、激光材料、非線性材料，也可以是光學(xué)玻璃、光學(xué)陶瓷、 光學(xué)塑料、半導(dǎo)體光學(xué)材料、激光晶體、激光玻璃、激光陶瓷，激光塑料、半導(dǎo) 體激光材料、非線性晶體、非線性有機(jī)材料等，還可以是不同材料組成的復(fù)合材 料。熱沉2可以是透光的，也可以是不透光的。本發(fā)明列舉了各種基于本發(fā)明構(gòu)思的散熱結(jié)構(gòu)，其還可以有其它各種結(jié)構(gòu)方 式，這些結(jié)構(gòu)的變換不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1. 一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，它包括光學(xué)材料和用于散熱的熱沉，其特征在于所述的熱沉僅包裹光學(xué)材料的局部區(qū)域。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)光從所述 光學(xué)材料的端面注入時(shí)，所述熱沉包覆在所述光學(xué)材料的側(cè)面，所述光學(xué)材料的入 射端露出所述熱沉的端部。
3、 如權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于在光單向注 入的所述光學(xué)材料的單端露出所述熱沉的端部。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于在光雙向注 入的所述光學(xué)材料的雙端露出所述熱沉的端部。
5、 如權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)光從所述 光學(xué)材料的端面單向注入時(shí)，所述熱沉設(shè)置在所述光學(xué)材料的輸出端端部。
6、 如權(quán)利要求l所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于當(dāng)光從所述 光學(xué)材料的側(cè)面注入時(shí)，沿所述光學(xué)材料的軸線分段設(shè)置所述熱沉。
7、 如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的光學(xué)材料的入射光功率大于1(TW，其光波為脈沖型和連續(xù)型中的一種。
8、 如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光學(xué)材料為固體，其截面形狀為圓柱狀和板條狀中的一種。
9、 如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述熱沉為透光材料。
10、 如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述熱沉為不透光材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，它包括光學(xué)材料和用于散熱的熱沉，其特征在于所述的熱沉僅包裹光學(xué)材料的局部區(qū)域。在光從光學(xué)材料的端面注入時(shí)，熱沉包覆在所述光學(xué)材料的側(cè)面，光學(xué)材料的入射端露出所述熱沉的端部；在光從光學(xué)材料的端面單向注入時(shí)，熱沉設(shè)置在光學(xué)材料的輸出端端部；在光從光學(xué)材料的側(cè)面注入時(shí)，沿光學(xué)材料的軸線分段設(shè)置所述熱沉。本發(fā)明通過改變光學(xué)材料的散熱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)材料熱量傳導(dǎo)的有效控制，可以得到所需的光學(xué)材料內(nèi)部的溫度分布和折射率分布，熱穩(wěn)定性好。既可以滿足光學(xué)材料的散熱要求，確保工作的穩(wěn)定性和可靠性，又能夠使得光學(xué)材料內(nèi)部的溫度分布與折射率分布得到控制，在諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G12B15/00GK101276656SQ20071006489
公開日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者何發(fā)紅, 鞏馬理, 強(qiáng) 柳, 平 閆, 磊 黃 申請(qǐng)人:清華大學(xué)