专利名称：用于激光器中各向异性晶体的冷却装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光器冷却装置，具体是一种用于激光器中各向异性晶体的冷却装置。
背景技术：
激光器冷却方式可分为三种冷却方式“液冷、空冷或其它气冷、传导”。
液冷可以通过精确控制水温和流量来达到很好的冷却效果。需要冷却的元件和液体之间的温差是液流速度和冷却特性造成的，在液流速度较低时，流动是分层的，绝大部分温降是由于液体界面静止边缘层的单纯热传导的结果；液流速度较高时会产生湍流，传热更有效，温度下降的幅度更大。当冷却液流过激光腔体时，其温度升高值为ΔT＝Q/CpM，其中Q为散热量，Cp为冷却液的比热，M为质流比。
空冷或其它气冷方式主要适用于低平均功率激光器尤其是便携式系统中。冷却激光头所需的气流决定于晶体棒吸收的热量和气流方向的最大温差。对于标准空气(20℃，1atm)，得fv[ltr/min]＝49P[w]/ΔT[℃]，式中fv为气流速度，ΔT为进，出气流的温差。
在很多民用和军用系统中，激光棒直接安装在散热器上，激光元件良好的冷却要求在激光棒和散热器之间有良好的热接触。安装方式有机械夹固、焊接和粘接，对于机械夹固其ΔT1值为ΔT1＝Q/(hA)，其中h的单位为W/(cm2℃)，A为横截面积。
上述几种散热方式我们可以看出如果要整体冷却，并要对温度控制精确最好采用水冷，便携系统最好采用风冷方式。
掺杂晶体被广泛应用于固体激光器中，参照图3，由于掺杂晶体本身各向异性导致c轴、a轴两个方向上温度梯度不一致，也就是说c轴、a轴方向上热透镜焦距不同，所以当固体激光器中的掺杂晶体被泵浦时激光器输出光斑为椭圆形，而不能得到理想的圆形光斑。国内目前还没有针对掺杂晶体的各向异性的特性而设计的冷却装置。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种用于激光器中各向异性晶体的冷却装置，使得固体激光器中的晶体被泵浦时激光器输出光斑为圆形。
本实用新型是这样实现的它包括一金属主体1和设置于主体1上方的密封盖板3，所述主体1上部设置长方体凹槽2，长方体凹槽2周围设置水冷通道7，长方体凹槽2中放置方柱状晶体4，该晶体4左右两侧留有空气隔离腔，晶体4下冷却面和所述凹槽2底面之间设置导热片6，晶体4上冷却面和所述盖板3之间设置导热片5。
本实用新型对与晶体的膨胀系数较大的轴相垂直的两个面进行传导式冷却，另外两个面采用空气隔离，有效解决因掺杂晶体各异性导致的固体激光器输出光斑不圆的缺陷，其结构简单，成本低，易于推广应用。
图1为本实用新型一典型实施例结构示意图；图2为另一典型实施例结构示意图；图3为本实用新型采用的掺杂晶体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明。
实施例1如图1所示，本用于激光器中各向异性晶体的冷却装置包括一金属主体1和设置于主体1上方的密封盖板3，所述主体1上部设置长方体凹槽2，该凹槽2周围设置 形水冷通道7，水冷通道7的左下端为进水口、水冷通道7的右下端为出水口，水冷通道7的进水口和出水口均设置于主体1底部，所述凹槽2中放置方柱状Nd:YVO4晶体4，晶体4左右两侧留有空气隔离腔，晶体4的顶面和底面为冷却面，晶体4的下冷却面和所述凹槽2底面之间设置导热片6，晶体4的上冷却面和所述盖板3之间设置导热片5。所述晶体4是各向异性晶体，如Nd:YVO4，Nd:YLF等，晶体的上冷却面和下冷却面是与其膨胀系数较大的a轴或c轴垂直的两个面。
本实施例所述主体1和盖板3均采用铜做成，在实际应用中，还可采用铝或其他导热性能良好的金属做成。所述导热片5、6可采用铟片、铌片等。导热片的导热率较高，且导热片的膨胀系数与晶体膨胀系数接近。
在实际应用中，本实用新型所述晶体4还可根据需要选用Nd:YLF或其它各向异性晶体，晶体的规格为大于2mm×2mm×5mm的方柱体。参照图3，对于不同掺杂晶体，其c轴和a轴的膨胀系数η均不同，当ηc＞ηa时，将与c轴垂直的两个面作为冷却面，另两个面与隔离空气接触；相反，当ηc＜ηa时，将与a轴垂直的两个面作为冷却面，另两个面与隔离空气接触。
下面简述本冷却装置的冷却原理
掺杂晶体4的冷却面以热传导的方式将热能通过导热片5、6传到主体1和盖板3，主体1和盖板3中的水冷通道7内循环流动的冷却液对主体1和盖板3进行降温，从而实现对晶体4的非对称冷却，有效解决了因掺杂晶体各异性而导致固体激光器输出光斑不圆的缺陷。
实施例2实施例2与实施例1的区别仅在于水冷通道7的结构不同，如图2所示，
权利要求1.用于激光器中各向异性晶体的冷却装置，其特征在于包括金属主体(1)和设置于金属主体(1)上方的密封盖板(3)，所述金属主体(1)上部设置长方体凹槽(2)，该凹槽(2)周围设置水冷通道(7)，凹槽(2)中放置方柱状晶体(4)，晶体(4)左右两侧留有空气隔离腔，晶体(4)下冷却面和所述凹槽(2)底面之间设置导热片(6)，晶体(4)上冷却面和所述盖板(3)之间设置导热片(5)。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述水冷通道(7)呈 形，水冷通道(7)的进水口和出水口均设置于主体(1)底部。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述水冷通道(7)呈 形，水冷通道(7)的进水口和出水口均设置于主体(1)底部。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述导热片(5、6)的膨胀系数接近晶体(4)的膨胀系数。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述导热片(5、6)是铟片或铌片。
6.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于所述晶体(4)是各向异性晶体，晶体的上冷却面和下冷却面是与其膨胀系数较大的a轴或c轴垂直的两个面。
专利摘要一种用于激光器中各向异性晶体的冷却装置，包括金属主体和设置于主体上方的密封盖板，所述主体上部设置长方体凹槽，凹槽周围设置水冷通道，凹槽中放置方柱状晶体，晶体左右侧留有空气隔离腔，晶体下冷却面和所述凹槽底面之间设置导热片，晶体上冷却面和所述盖板之间设置导热片。本冷却装置对与晶体的膨胀系数较大的轴相垂直的两个面进行传导式冷却，另外两个面采用空气隔离，有效解决因掺杂晶体各异性导致的固体激光器输出光斑不圆的缺陷，其结构简单，成本低，易于推广应用。
文档编号H01S3/04GK2674721SQ20042001511
公开日2005年1月26日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者张洪鑫, 蔡元平, 吕凤萍, 高云峰, 任宁 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司