固体激光介质冷却结构及半导体泵浦固体激光器.pdf

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010373093.8 (22)申请日 2020.05.06 (71)申请人 深圳技术大学 地址 518000 广东省深圳市坪山区兰田路 3002号 申请人 大族激光科技产业集团股份有限公 司 (72)发明人 阮双琛吕启涛 (74)专利代理机构 深圳市恒申知识产权事务所 (普通合伙) 44312 代理人 龙丹丹 (51)Int.Cl. H01S 3/04(2006.01) H01S 3/042(2006.01) H01S 3/16(2006.01) (54)发明名称 一种固

2、体激光介质冷却结构及半导体泵浦 固体激光器 (57)摘要 本发明提供了一种固体激光介质冷却结构 及半导体泵浦固体激光器， 包括： 外冷却管， 一端 设置有用于安装待冷却介质的凹槽； 内冷却管， 嵌套于所述外冷却管中， 并与所述外冷却管的内 壁间隔设置， 所述内冷却管靠近所述凹槽的一端 为盲端， 所述盲端设置有若干出水孔， 所述出水 孔沿着水流方向为直径外扩的喇叭状。 本发明在 内冷却管的盲端布设有多个出水孔， 使固体激光 介质受到均匀的冷却水冲击力， 并且由于出水孔 为喇叭形， 出水口径逐渐外扩， 不仅减小了水压 力对固体激光介质造成的冲击， 而且避免了水冲 击的死区， 达到均匀冷却的目的。

3、权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 111682395 A 2020.09.18 CN 111682395 A 1.一种固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 包括： 外冷却管， 一端设置有用于安装待冷却介质的凹槽； 内冷却管， 嵌套于所述外冷却管中， 并与所述外冷却管的内壁间隔设置， 所述内冷却管 靠近所述凹槽的一端为盲端， 所述盲端设置有若干出水孔， 所述出水孔沿着水流方向为直 径外扩的喇叭状。 2.如权利要求1所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 所述出水孔沿着水流方向 包括： 直孔； 与所述直孔连接且纵向截面为梯形的梯形孔。 3.如权利要求2所述的固体激光介质冷却结构， 其

4、特征在于， 所述梯形的下底长度是上 底长度的1.23倍。 4.如权利要求3所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 所述梯形的上底长度为 0.31.5mm。 5.如权利要求2所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 所述出水孔的长度是所述 直孔的长度的1.24倍。 6.如权利要求5所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 所述出水孔的长度为0.3 5mm。 7.如权利要求1所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于， 所述凹槽包括： 支撑面， 与所述外冷却管轴线垂直； 限位壁， 与所述支撑面连接并位于远离所述外冷却管的轴线的一侧。 8.如权利要求7所述的固体激光介质冷却结构， 其特征在于，

5、 所述支承面上设置有密封 圈槽， 所示密封圈槽中设置有密封圈。 9.一种半导体泵浦固体激光器， 其特征在于， 包括如权利要求1-8任一所述的固体激光 介质冷却结构。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111682395 A 2 一种固体激光介质冷却结构及半导体泵浦固体激光器 技术领域 0001 本发明属于激光设备技术领域， 尤其涉及一种固体激光介质冷却结构及半导体泵 浦固体激光器。 背景技术 0002 激光设备中， 固体激光介质吸收泵浦能量后温度会升高， 快速、 有效地冷却激光介 质对于激光器的输出特性至关重要。 比如， 现有的冷却方法是通过冲击冷却(Impingement cooling)，

6、 来冷却高功率碟片激光器。 但是， 该方法的缺点是： 冷却不均匀、 导致局部横向温 度梯度， 引起热透镜效应的热畸变， 并且出水口的局部压力冲击激光介质、 导致不规则的形 变， 影响光束质量、 破坏光学谐振腔的稳定性。 0003 申请内容 0004 本发明所要解决的技术问题在于提供一种固体激光介质冷却结构及半导体泵浦 固体激光器， 旨在现有的冲击冷却方法冷却不均且对激光介质的冲击力过大的问题。 0005 为解决上述技术问题， 本发明是这样实现的： 一种固体激光介质冷却结构， 其特征 在于， 包括： 0006 外冷却管， 一端设置有用于安装待冷却介质的凹槽； 0007 内冷却管， 嵌套于所述外冷

7、却管中， 并与所述外冷却管的内壁间隔设置， 所述内冷 却管靠近所述凹槽的一端为盲端， 所述盲端设置有若干出水孔， 所述出水孔沿着水流方向 为直径外扩的喇叭状。 0008 进一步地， 所述出水孔沿着水流方向包括： 0009 直孔； 0010 与所述直孔连接且纵向截面为梯形的梯形孔。 0011 进一步地， 所述梯形的下底长度是上底长度的1.23倍。 0012 进一步地， 所述梯形的上底长度为0.31.5mm 0013 进一步地， 所述出水孔的长度是所述直孔的长度的1.24倍。 0014 进一步地， 所述出水孔的长度为0.35mm。 0015 进一步地， 所述凹槽包括： 0016 支撑面， 与所述外

8、冷却管轴线垂直； 0017 限位壁， 与所述支撑面连接并位于远离所述外冷却管的轴线的一侧。 0018 进一步地， 所述支承面上设置有密封圈槽， 所示密封圈槽中设置有密封圈。 0019 一种半导体泵浦固体激光器， 包括如上所述的固体激光介质冷却结构。 0020 本发明与现有技术相比， 有益效果在于： 本发明在内冷却管的盲端布设有多个出 水孔， 使固体激光介质受到均匀的冷却水冲击力， 并且由于出水孔为喇叭形， 出水口径逐渐 外扩， 不仅减小了水压力对固体激光介质造成的冲击， 而且避免了水冲击的死区(部分区域 水冲刷不到)， 达到均匀冷却的目的。 说明书 1/3 页 3 CN 111682395 A

9、 3 附图说明 0021 图1是本发明实施例提供的一种固体激光介质冷却结构图。 0022 图2是本发明实施例提供的内冷却管的盲端俯视图。 0023 图3是本发明实施例提供的一种出水孔的纵向截面图。 0024 图4是本发明实施例提供的一种半导体泵浦固体激光器结构图。 具体实施方式 0025 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合实施例， 对本发明 进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于 限定本发明。 0026 本发明实施例提供的一种固体激光介质冷却结构， 如图1-图2所示， 包括外冷却管 1和内冷却管2， 外冷却管1的一端设置

10、有用于安装固体激光介质3的凹槽11。 内冷却管2嵌套 于所述外冷却管1中， 并与所述外冷却管1的内壁间隔设置， 所述内冷却管2靠近所述凹槽11 的一端为盲端21， 所述盲端21设置有若干出水孔22， 所述出水孔22沿着水流方向为直径外 扩的喇叭状。 0027 本发明的固体激光介质冷却结构工作原理为： 冷却水从内冷却管2中流入， 并从盲 端21上的出水孔22喷撒到固体激光介质3的下表面， 对固体激光介质3进行冷却， 回流的冷 却水从外冷却管1的内壁和内冷却管2的外壁之间的间隙流出， 水流方向参照图中箭头。 本 发明在内冷却管2的盲端21布设有多个出水孔， 使固体激光介质3受到均匀的冷却水冲击 力

11、， 并且由于出水孔22为喇叭形， 出水口径逐渐外扩， 不仅减小了水压力对固体激光介质3 造成的冲击， 而且避免了水冲击的死区(部分区域水冲刷不到)， 达到均匀冷却的目的。 0028 进一步地， 所述出水孔22的喇叭形结构可以是如图3所示的结构， 所述出水孔22沿 着水流方向包括直孔221， 以及与所述直孔221连接且纵向截面为梯形的梯形孔222。 梯形的 下底长度D2可以是上底长度D1的1.2-3倍， 较佳的为1.5-2.0倍。 其中D1可以设置为0.3- 1.5mm， 较佳的设置为0.5-1.0mm。 出水孔22的长度T2可以是所述直孔221的长度T1的1.2-4 倍， 较佳的为1.2-2.

12、5倍。 其中出水孔22的长度设置为0.3-5mm， 较佳的设置为0.3-3.0mm。 0029 进一步地， 参照图1， 为适应图示形状的固体激光介质3的安装固定， 凹槽11的结构 可以包括支撑面111以及限位壁112， 支撑面111与所述外冷却管1的轴线垂直； 限位壁112， 与所述支撑面111连接并位于远离所述外冷却管1的轴线的一侧。 为了增强结构的密封防水 性， 可以在支承面111上设置密封圈槽1111， 密封圈槽1111内设置密封圈4。 0030 本发明还提供了一种半导体泵浦固体激光器， 参照图1所示， 包括如上所述的固体 激光介质冷却结构以及安装在所述凹槽11中的固体激光介质3。 固体

13、激光介质3为掺杂的激 光晶体， 如Nd:YAG,Nd:YVO4,Yb:YAG,Yb:LuAG,或者其它激光介质， 固体激光介质3朝向出水 孔22的一面可以镀激光波长及泵浦波长的全反射膜， 远离出水孔22的一面可以镀激光波长 及泵浦波长的增透膜， 提高激光效率。 0031 本发明还提供了另一种半导体泵浦固体激光器， 参照图4所示， 在凹槽11中设置散 热块5， 把固体激光介质3通过焊接、 粘接、 光学键合或铟膜等方式固定在所述散热块5的表 面。 散热块5采用金刚石、 紫铜或铝等导热性能良好的材料制作， 并且可以在散热块5朝向出 水孔22的一面镀上防水保护层。 通过散热块5对固体激光介质3进行冷却， 冷却更均匀， 且能 说明书 2/3 页 4 CN 111682395 A 4 够避免固体激光介质3受到冷却水的直接冲击。 0032 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 3/3 页 5 CN 111682395 A 5 图1 说明书附图 1/3 页 6 CN 111682395 A 6 图2 图3 说明书附图 2/3 页 7 CN 111682395 A 7 图4 说明书附图 3/3 页 8 CN 111682395 A 8