一种板条增益介质单面焊接方法与流程

本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种板条增益介质单面焊接方法。

背景技术：

板条激光器是一种高功率固体块状激光器，其增益介质具有板条的形状，板条的宽厚比一般大于2，在均匀泵浦和散热面均匀冷却的前提下，由于板条增益介质的几何对称性和之字形光路，板条厚度方向热效应可以得到有效补偿。所以板条的热性能优于比棒状增益介质，易于实现高功率、高光束质量激光输出。因此，在理想情况下，厚度方向非均匀温度分布引起的一阶热效应得以消除，板条激光器能在仅受材料应力断裂极限所限制的高功率水平下工作。

板条激光器一般采用传导冷却方式进行散热。将板条增益介质直接装在固体散热器上，热量由板条传导至散热器，然后自然冷却或强迫冷却散热。为了提高板条增益介质的散热性能，一方面采用内部设计有微通道结构的导热率高的纯铜作为热沉，另一方面采用导热性良好的低熔点的铟焊料作为板条和热沉的连接层，通过真空钎焊的方法将板条和热沉结合起来。在真空焊接炉中，通过控制加热元件对由板条和热沉组成的焊接模块进行加热，在真空环境下热量从外向内非常缓慢地传导，模块受热分布不均匀，焊接层各区域焊料与母材的反应程度不同，焊接结束后，模块会存在很大的焊接应力。焊接应力的存在会使焊接模块产生严重的热致应力双折射、热透镜效应等效应，从而影响板条激光器的光束质量和可靠性。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种板条增益介质单面焊接方法，利用电磁加热技术，实现热沉自身均匀发热，使热沉表面的焊料熔化，完成板条增益介质和热沉的焊接过程，减少焊接应力的产生，提高焊接模块的光束质量和可靠性。

本发明实施例提供一种板条增益介质单面焊接方法，包括：

自下至上依次对预处理之后的热沉与板条激光介质进行组合，以获得焊接模块；

通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接。

可选的，预处理热沉与板条激光介质，包括：

对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理。

可选的，对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理，包括：

在所述热沉的焊接面镀上第一金膜和铟膜；以及，

对表面镀上光学膜的板条激光介质进行保护处理后，通过放入真空磁控溅射设备在所述光学膜上镀金属膜。

可选的，所述板条增益介质的注入泵浦两端头位置不镀膜。

可选的，所述金属膜由所述板条激光介质表面向外依次为钛膜，铂膜和第二金膜；

其中，所述钛膜厚度为100nm～500nm，所述铂膜厚度为100nm～800nm，所述第二金膜厚度为500nm～1500nm。

可选的，所述第一金膜厚度为500nm～1500nm，铟膜厚度为10μm～200μm。

可选的，所述板条增益介质包括：yb:yag板条晶体，yb:yag板条陶瓷，nd:yag板条晶体，nd:yag板条陶瓷，nd:yvo4板条晶体，nd:gdvo4板条晶体，nd:ylf板条晶体，或，yb:ylf板条晶体。

可选的，所述板条增益介质的厚度为1mm～4mm，宽度为5mm～80mm，长度为10mm～300mm。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接之前，还包括：将真空焊接炉抽真空至预设气压值。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接，包括：

控制焊接温度在预设温度范围内进行真空焊接；

保温预设时间后，在真空状态下冷却所述焊接模块至室温，以完成焊接。

本发明实施例通过电磁加热对焊接模块进行真空焊接，实现了热沉自身均匀发热，减少焊接应力的产生，提高焊接模块的光束质量和可靠性，取得了积极的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例流程图；

图2为本发明第一实施例单面焊接示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一实施例提供一种板条增益介质单面焊接方法，如图1所示，包括以下具体步骤：

s10、自下至上依次对预处理之后的热沉与板条激光介质进行组合，以获得焊接模块；

s20、通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接。

本发明实施例通过电磁加热对焊接模块进行真空焊接，实现了热沉自身均匀发热，减少焊接应力的产生，提高焊接模块的光束质量和可靠性。

可选的，预处理热沉与板条激光介质，包括：

对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理。

可选的，对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理，包括：

在所述热沉的焊接面镀上第一金膜和铟膜；以及，

对表面镀上光学膜的板条激光介质进行保护处理后，通过放入真空磁控溅射设备在所述光学膜上镀金属膜。

可选的，所述板条增益介质的注入泵浦两端头位置不镀膜。

可选的，所述第一金膜厚度为500nm～1500nm，铟膜厚度为10μm～200μm。

具体的说，在本实施例中，热沉是内部具有微通道水冷结构的合金材质的热沉，具体的可以采用铜铁合金材质，保证导热性良好，在热沉的焊接面镀上第一金膜和铟膜，在本实施例中，第一金膜厚度范围为500nm～1500nm，铟膜厚度范围为10μm～200μm。

对于板条激光介质的处理，在本实施例中，首先将板条增益介质放入镀光学膜设备中，在所述的板条增益介质表面镀光学膜，其中，板条增益介质的光学膜系为抑制倏逝波膜。然后将镀上光学膜的板条增益介质用夹具做保护处理后，放入真空磁控溅射设备，在光学膜上镀金属膜。

更具体的，在本实施例中，在板条增益介质的注入泵浦两端头位置不镀金属膜。

可选的，所述板条增益介质的厚度为1mm～4mm，宽度为5mm～80mm，长度为10mm～300mm。

可选的，所述金属膜由所述板条激光介质表面向外依次为钛膜，铂膜和第二金膜；

其中，所述钛膜厚度为100nm～500nm，所述铂膜厚度为100nm～800nm，所述第二金膜厚度为500nm～1500nm。

具体的说，在本实施例中，板条增益介质的尺寸为：厚度1～4mm，宽度5～80mm，长度10～300mm。

板条增益介质的金属膜系从板条增益介质表面依次为钛铂金，其中钛膜厚度为100～500nm，铂膜厚度为100～800nm，金膜厚度为500～1500nm。

可选的，所述板条增益介质包括：yb:yag板条晶体，yb:yag板条陶瓷，nd:yag板条晶体，nd:yag板条陶瓷，nd:yvo4板条晶体，nd:gdvo4板条晶体，nd:ylf板条晶体，或，yb:ylf板条晶体等。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接之前，还包括：将真空焊接炉抽真空至预设气压值。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接，包括：

控制焊接温度在预设温度范围内进行真空焊接；

保温预设时间后，在真空状态下冷却所述焊接模块至室温，以完成焊接。

具体的说，在本实施例中，焊接方案示例如图2所示，包括真空焊接炉1，支架2，电磁加热装置3，热沉4，板条增益介质5，在具体实施过程中可以通过自下至上依次放置焊接面向上的热沉、板条增益介质，以上组成焊接模块后，然后对焊接模块进行焊接，具体可以包括：

将焊接模块放入真空焊接炉中的电磁加热平台上，可以在热沉表面放置热电偶监测热沉表面的温度。

在进行焊接前对真空焊接炉抽真空至6×10^-3～8×10^-4pa，然后打开电磁加热电源，控制焊接温度为175℃～220℃，保温1～5min后，关掉加热电源。

在真空状态下冷却至室温，将模块拿出真空焊接炉，完成模块的焊接过程。

本发明的板条增益介质单面焊接的方法，采用铜铁合金热沉，利用电磁技术，热沉自身发热，实现了板条增益介质和热沉之间的铟焊料在真空条件下快速熔化、均匀反应、缓慢冷却，大大减少了焊接应力的产生，提高焊接模块的光束质量和可靠性。本实施例方法采用了直接加热的方式，热转化率特别高，具有节能效果。本实施例方法还具有操作简单，易于实现的效果。

实施例二

本发明第二实施例提供一种板条增益介质单面焊接方法的实施案例，包括：

s201、自下至上依次对预处理之后的热沉与板条激光介质进行组合，以获得焊接模块；

s202、通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接。

可选的，预处理热沉与板条激光介质，包括：

对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理。

可选的，对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理，包括：

在所述热沉的焊接面镀上第一金膜和铟膜；以及，

对表面镀上光学膜的板条激光介质进行保护处理后，通过放入真空磁控溅射设备在所述光学膜上镀金属膜。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接之前，还包括：将真空焊接炉抽真空至预设气压值。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接，包括：

控制焊接温度在预设温度范围内进行真空焊接；

保温预设时间后，在真空状态下冷却所述焊接模块至室温，以完成焊接。

具体的，在本实施例中，板条增益介质选用yb:yag板条激光晶体，尺寸为2mm×11mm×67mm，yb:yag板条激光晶体的光学膜为抑制倏逝波膜，金属钛膜厚为300nm，铂膜厚为300nm，金膜厚为800nm，两端头3mm×11mm处不镀金属膜，本实施例中热沉的金膜厚为1000nm，铟膜厚度为120μm。

然后，把上述yb:yag板条激光晶体放置在镀铟膜的铜铁合金热沉上，组成焊接模块，将整个焊接模块平放置真空焊接炉的电磁加热板上，在热沉表面放置热电偶，对真空焊接炉进行抽真空，至3×10^-3pa，打开电磁加热电源，控制焊接温度为180℃，保持1min，关掉加热电源，冷却至室温，打开真空焊接炉，取出焊接模块，完成焊接。

实施例三

本发明第三实施例提供一种板条增益介质单面焊接方法的实施案例，

s301、自下至上依次对预处理之后的热沉与板条激光介质进行组合，以获得焊接模块；

s302、通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接。

可选的，预处理热沉与板条激光介质，包括：

对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理。

可选的，对所述热沉的焊接面以及所述板条激光介质的表面进行镀膜处理，包括：

在所述热沉的焊接面镀上第一金膜和铟膜；以及，

对表面镀上光学膜的板条激光介质进行保护处理后，通过放入真空磁控溅射设备在所述光学膜上镀金属膜。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接之前，还包括：将真空焊接炉抽真空至预设气压值。

可选的，通过电磁加热对所述焊接模块进行真空焊接，包括：

控制焊接温度在预设温度范围内进行真空焊接；

保温预设时间后，在真空状态下冷却所述焊接模块至室温，以完成焊接。

本实施例中，板条增益介质为nd:yag板条激光陶瓷，尺寸为2mm×11mm×121mm，nd:yag板条激光陶瓷的光学膜为抑制倏逝波膜，金属钛膜厚为200nm，铂膜厚为500nm，金膜厚为1200nm，两端头3mm×11mm处不镀金属膜，本实施例中，热沉的金膜厚为1200nm，铟膜厚度为140μm。

然后，把上述nd:yag板条激光陶瓷放置在镀铟膜的铜铁合金热沉上，组成焊接模块，将整个焊接模块平放置真空焊接炉的电磁加热板上，在热沉表面放置热电偶，对真空焊接炉进行抽真空，至8×10^-4pa，打开电磁加热电源，控制焊接温度为190℃，保持2min，关掉加热电源，冷却至室温，打开真空焊接炉，取出焊接模块，完成焊接。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。