一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光器散热技术领域，具体涉及一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置及方法。
【背景技术】
[0002]二极管栗浦固体激光器具有体积小、效率高、性能优良等诸多优点，目前已取代其他类型激光器，在工业、科研、军事、医疗等领域得到了广泛的应用。同时，在固体激光器的研发过程中，热管理技术一直备受工程师们的关注。传统的固体激光器，通常采用两块金属热沉紧固夹持晶体散热，再通过循环水冷或者半导体制冷等手段对热沉进行散热。传统散热方式的散热效率制约着激光器整体性能的提高，而采用螺钉紧固的夹持方式也使得激光器的热稳定性受到影响，对激光器的工程化带来了挑战。近年来，一种新型的散热形式-热管装置，已成为固体激光器领域的高效散热手段，但仍没能对热管的散热性能进行充分而有效的利用，有必要对其进行深入的探索研究，以最低限度的提升激光器的散热水平。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、冷却效率高、均匀性好、稳定性好、实用性强的圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:包括上热沉热管组件，用于夹装包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的上热沉块和下热沉块，以及用于紧固上热沉块和下热沉块的紧固螺钉；所述下热沉块下部设置有下热沉热管组件，所述下热沉热管组件下部设置有半导体制冷板，所述紧固螺钉上套装有压力调节弹簧；
[0005]所述上热沉热管组件包括对称的两组上热沉热管单元，每组所述上热沉热管单元均包括上散热板和固定连接在上散热板顶部的多条弯钩形热管，多条弯钩形热管的端部连接有上热管封装板；
[0006]所述下热沉热管组件包括下散热板和对称设置在下散热板上的两组下热沉热管单元，每组所述下热沉热管单元均包括多条竖直形热管，多条竖直形热管的端部连接有下热管封装板；
[0007]所述上热沉块的底面上设置有半圆柱形的上凹槽，所述下热沉块的顶面上设置有半圆柱形的下凹槽，在上热沉块与下热沉块贴合时下凹槽与上凹槽相配合形成了用于安放包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的圆棒状激光晶体安放槽，所述上热沉块上设置有用于连接紧固螺钉的螺纹孔、用于卡合连接上热管封装板的上热管封装槽和位于上热管封装槽下部的上热管工质槽，所述下热沉块上设置有供紧固螺钉穿过的通孔、用于卡合连接下热管封装板的下热管封装槽和位于下热管封装槽上部的下热管工质槽，所述通孔中设置有用于顶卡压力调节弹簧的凸沿；
[0008]所述上散热板和下散热板均与半导体制冷板粘接。
[0009]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:每组所述上热沉热管单元中所述弯钩形热管的数量为三条，每组所述下热沉热管单元中所述竖直形热管的数量为三条。
[0010]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:所述上热沉块的形状和下热沉块的形状均为长方体形，所述紧固螺钉的数量为四个，相应所述螺纹孔的数量和所述通孔的数量均为四个，四个螺纹孔分别设置在上热沉块的四个脚上，四个通孔分别设置在下热沉块的四个脚上。
[0011]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:两个上热管封装槽对称设置在上凹槽的两侧，两个下热管工质槽对称设置在下凹槽的两侧。
[0012]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:所述半导体制冷板由热板、冷板以及夹装在热板和冷板之间的热释电半导体材料构成。
[0013]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:所述上散热板和下散热板均通过导热胶与热板粘接。
[0014]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:所述热界面物质为铟箔。
[0015]上述的一种圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，其特征在于:所述铟箔的厚度为30 μ m?70 μ m。
[0016]本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、冷却效率高、均匀性好、稳定性好、实用性强的圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:
[0017]步骤一、在上热沉块的上热管工质槽内放入热管工质，并将上热管封装板卡合连接到上热管封装槽内，形成热管式上热沉块装置；
[0018]步骤二、在下热沉块的下热管工质槽内放入热管工质，并将下热管封装板卡合连接到下热管封装槽内，形成热管式下热沉块装置；
[0019]步骤三、将圆棒状激光晶体用热界面物质包裹；
[0020]步骤四、将包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体用上热沉块底面上的上凹槽和下热沉块底面上的下凹槽进行匹配夹持；
[0021]步骤五、在紧固螺钉上套装压力调节弹簧，并将紧固螺钉穿过下热沉块上的通孔后螺纹连接到上热沉块上的螺纹孔内，使得上热沉块和下热沉块夹装好包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体；
[0022]步骤六、将上散热板和下散热板与半导体制冷板粘接，半导体制冷板实现对上散热板和下散热板的散热。
[0023]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0024]1、本发明的圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置针对两块热沉夹持圆棒状激光晶体的散热方式，设计晶体热沉为热管形式，优化了热管工作结构，对圆棒状激光晶体侧面实现紧固夹持散热，提高与热沉的接触性能，能够对晶体热沉进行充分散热，具有结构简单、设计新颖合理、冷却效率高的特点。
[0025]2、本发明使用时不仅不会对圆棒状激光晶体产生负面影响，还能够在圆棒状激光晶体的装配过程中，通过调节压力调节弹簧的压缩量，进而实现对圆棒状激光晶体装配压力大小的调节，避免了出现装配压力过大而导致圆棒状激光晶体被碎裂的现象；而且，压力调节弹簧的反作用会使圆棒状激光晶体与上热沉块和下热沉块的接触面保持良好的接触，具有稳定接触热导的性能，避免了圆棒状激光晶体过高的温度会使圆棒状激光晶体与上热沉块和下热沉块间热界面物质产生形变进而影响接触热导的现象发生，有助于提高圆棒状激光晶体输出光束的质量。
[0026]3、本发明通过上热管封装板与上热管封装槽的配合，以及下热管封装板与下热管封装槽的配合，能够形成封闭的热管结构，再通过半导体制冷板实现对上散热板和下散热板的散热，能够实现对圆棒状激光晶体的均匀冷却。
[0027]4、本发明圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却方法的方法步骤简单，实现方便，冷却效率高。
[0028]5、本发明能够保证散热性能的持续稳定，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0029]综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，冷却效率高，均匀性好，稳定性好，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0030]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0031]图1为本发明圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置的装配图。
[0032]图2为本发明上热沉热管组件的结构示意图。
[0033]图3为本发明下热沉热管组件的结构示意图。
[0034]图4为本发明上热沉块的结构示意图。
[0035]图5为本发明下热沉块的结构示意图。
[0036]图6为本发明半导体制冷板的结构示意图。
[0037]图7为本发明包裹有热界面物质的圆棒状激光晶体的结构不意图。
[0038]图8为本发明压力调节弹簧套装在紧固螺钉上的结构示意图。
[0039]附图标记说明:
[0040]I一上热沉块；1-1 一上凹槽；1-2—上热管工质槽；
[0041]1-3—上热管封装槽； 1-4 一螺纹孔；2—上热沉热管组件；
[0042]2-1一上散热板；2_2—弯钩形热管；2_3—上热管封装板；
[0043]3—下热沉块；3-1—下凹槽；3-2—下热管工质槽；
[0044]3-3—下热管封装槽； 3-4—通孔；4一下热沉热管组件；
[0045]4-1—下散热板；4-2—下热管封装板； 4-3—竖直形热管；
[0046]5—半导体制冷板；5-1—热板；5-2—冷板；
[0047]5-3—热释电半导体材料；6—圆棒状激光晶体；7—紧固螺钉；
[0048]8一热界面物质；9一压力调节弹黃。
【具体实施方式】
[0049]如图1、图7和图8所示，本发明的圆棒状激光晶体热管热沉式紧固冷却装置，包括上热沉热管组件2，用于夹装包裹有热界面物质8的圆棒状激光晶体6的上热沉块I和下热沉块3，以及用于紧固上热沉块I和下热沉块3的紧固螺钉7 ;所述下热沉块3下部设置有下热沉热管组件4，所述下热沉热管组件4下部设置有半导体制冷板5，所述紧固螺钉7上套装有压力调节弹簧9;
[0050]结合图2，所述上热沉热管组件2包括对称的两组上热沉热管单元，每组所述上热沉热管单元均包括上散热板2-1和固定连接在上散热板2-1顶部的多条弯钩形热管2-2，多条弯钩形热管2-2的端部连接有上热管封装板2-3 ;
[0051]结合图3，所述下热沉热管组件4包