CN108233156A - 一种基于板条激光器的散热*** - Google Patents

一种基于板条激光器的散热*** Download PDF

Info

Publication number
CN108233156A
CN108233156A CN201810137982.7A CN201810137982A CN108233156A CN 108233156 A CN108233156 A CN 108233156A CN 201810137982 A CN201810137982 A CN 201810137982A CN 108233156 A CN108233156 A CN 108233156A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
laser
doped yttrium
yttrium vanadate
borneol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810137982.7A
Other languages
English (en)
Inventor
王旭葆
王宏超
邓培
张洪曼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201810137982.7A priority Critical patent/CN108233156A/zh
Publication of CN108233156A publication Critical patent/CN108233156A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/0405—Conductive cooling, e.g. by heat sinks or thermo-electric elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
    • H01S3/04—Arrangements for thermal management
    • H01S3/042—Arrangements for thermal management for solid state lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/1671—Solid materials characterised by a crystal matrix vanadate, niobate, tantalate
    • H01S3/1673—YVO4 [YVO]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于板条激光器的散热***，该散热***基于板条激光器的晶体形状进行定向传导无水冷散热，该***包括掺钕钒酸钇晶体、高导热热沉和电子冰片，掺钕钒酸钇晶体为激光器的泵浦源；掺钕钒酸钇晶体的两侧设置有高导热热沉，高导热热沉的外侧设有电子冰片。掺钕钒酸钇晶体产生的热由金属铟到顶面再到底面，然后经由电子冰片、导热铜管到激光器的底座及外壳处，最终输入到工作环境中。本方案采用无水冷的方式，通过热传导的方式使热量定向传输方式来完成散热，大大减小了激光器的整体长度，使激光器更加灵活，可以在失重等水冷工作困难的情况下使用。

Description

一种基于板条激光器的散热***
技术领域
本发明涉及激光器技术领域和电子技术领域，具体涉及一种采用电子冰片散热***的小体积大功率密度的热量集中器件热控。
背景技术
激光器或是电子芯片在材料加工和医疗等领域得到了广泛的应用，并向高集成和高功率方向快速发展。因此，其产生的高热流密度散热问题也随之变得日益严重，并成为当今工业集成化发展的一个瓶颈。目前，大功率密度的热量集中器件主要采用水冷的方式散热。但是，由于常规水冷散热方式体积庞大、搬运困难，对高功率固体激光器的车载、机载、天基平台的军事应用，特殊产品部位的焊接、清洁、雕刻等工业应用的移动作业具有较大限制条件。并且，采用水冷散热的器件无法在具有失重条件的空间中使用。
目前，传统散热方式已无法满足当今高集成、小体积、大功率器件的需要。亟需采用一种新的具有高散热性能的散热元件和良好的封装结构来满足其散热的需求，以解决大功率小体积热量集中器件有效散热这一世界难题。
发明内容
本发明为解决现有技术中大功率半导体激光器采用水冷散热，存在整机体积大且无法在失重条件下工作的问题，提供一种采用热管散热***散热的小体积大功率半导体激光器。
本发明采用的技术方案为一种基于板条激光器的散热***，该散热***基于板条激光器的晶体形状进行定向传导无水冷散热，该***包括掺钕钒酸钇晶体、高导热热沉和电子冰片，掺钕钒酸钇晶体为激光器的泵浦源；掺钕钒酸钇晶体的两侧设置有高导热热沉，高导热热沉的外侧设有电子冰片。
在掺钕钒酸钇晶体的端面两侧使用激光二极管阵列进行泵浦，以保证热量分布的均匀性并保证实现足够高的功率输出。
高导热热沉的断面为梯形，两组高导热热沉对称分布在掺钕钒酸钇晶体的两侧。高导热热沉的底面面积大于顶面面积；高导热热沉的顶面用金属铟焊接在掺钕钒酸钇晶体的表面。
电子冰片通过导热硅黏贴在高导热热沉的底面。电子冰片的外侧设有导热铜管，各个导热铜管并列布设，导热铜管与激光器的底座及外壳连接。
由此实现掺钕钒酸钇晶体产生的热由金属铟到顶面再到底面，然后经由电子冰片、导热铜管到激光器的底座及外壳处，最终输入到工作环境中。
掺钕钒酸钇晶体为板条激光器的工作物质，传统的激光器多为单侧泵浦，泵浦光在掺钕钒酸钇晶体中产生热量，热量在掺钕钒酸钇晶体中分布不均匀，由此会造成掺钕钒酸钇晶体中产生热透镜效应，影响泵浦光的输出质量。首先采用双端面泵浦的形式，将掺钕钒酸钇晶体产生的热量进行均匀化处理，大大降低掺钕钒酸钇晶体中产生热透镜效应；掺钕钒酸钇晶体产生的热量经过高导热热沉、电子冰片进行合理地、单向地、有效地传导，保证输出的热量快速被导出，大大提高掺钕钒酸钇晶体的工作效率及激光光束输出质量。
采用电子冰片散热***散热的小体积大功率半导体激光器，包括Nd：YVO4晶体、镜组、高导热热沉和半导体制冷器两侧泵浦，上下两侧各放一个导热垫片以更好的传递热量与固定。再在导热垫片另一侧放置正四棱台形高导热热沉。与热沉另一侧涂一层很薄的导热硅，再与电子冰片结合，最后接散热管。
光通过晶体内部产生热量，热量从晶体的上下两个大面表面流向热沉，再由tec芯片实现热的定向传输(tec芯片能主动使热量由热沉方向转移到热管方向，同时还防止了热量的回流)，最后由热管将热量传递给激光器外壳与底座从而将热量散发到其工作环境中。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。
1、本方案采用了双端激光二极管阵列泵浦晶体，是晶体首尾两端的热量差降低从而使热量在晶体内部分布的更加均匀以减小热透镜效应
2、本方案采用无水冷的方式，通过热传导的方式使热量定向传输方式来完成散热，大大减小了激光器的整体长度，使激光器更加灵活，可以在失重等水冷工作困难的情况下使用。
附图说明
图1为本发明所述的采用电子冰片散热***散热的小体积大功率半导体激光器的结构。
图2是本发明降温冷却的示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供了一种基于板条式激光器的电子冰片散热***，包括：Nd：YAG晶体、镜组、高导热热沉、tec芯片。为降低热交界面之间的接触热阻，需要从多个方面和多个手段来控制，具体实施方式为：
在Nd：YAG晶体的上下两面分别与高导热热沉结合，高导热热沉之间采用导热垫以避免造成损伤，导热垫的厚度为0.2～0.5mm；
热交界面表面形貌和尺寸精度控制，这里控制的是热沉上下表面的精度，通常来说粗糙度应小于1.6，平面度小于0.1mm/100mm×100mm。热交界面表面不允许有接刀痕和接刀纹，必要时进行研磨。
高导热热沉与电子冰片之间采用涂覆导热硅脂的方式降低接触热阻，导热硅脂厚度应尽可能薄，只需将高导热热沉与电子冰片之间的微小间隙填充即可。
本发明针对现有板条式高功率激光器在使用水冷方面收到的限制，提出了一种无水冷的散热方式。使用热沉与电子冰片的结合及增加了产品的导热性能又解决了电子冰片受热不均的问题。
本实施方式所述的大功率半导体激光器的最大输出功率可达100W，整机尺寸为350mm×190mm×130mm。

Claims (3)

1.一种基于板条激光器的散热***，其特征在于：该散热***基于板条激光器的晶体形状进行定向传导无水冷散热，该***包括掺钕钒酸钇晶体、高导热热沉和电子冰片，掺钕钒酸钇晶体为激光器的泵浦源；掺钕钒酸钇晶体的两侧设置有高导热热沉，高导热热沉的外侧设有电子冰片；
在掺钕钒酸钇晶体的端面两侧使用激光二极管阵列进行泵浦，以保证热量分布的均匀性并保证实现足够高的功率输出；
高导热热沉的断面为梯形，两组高导热热沉对称分布在掺钕钒酸钇晶体的两侧；高导热热沉的底面面积大于顶面面积；高导热热沉的顶面用金属铟焊接在掺钕钒酸钇晶体的表面；
电子冰片通过导热硅黏贴在高导热热沉的底面；电子冰片的外侧设有导热铜管，各个导热铜管并列布设，导热铜管与激光器的底座及外壳连接；
由此实现掺钕钒酸钇晶体产生的热由金属铟到顶面再到底面，然后经由电子冰片、导热铜管到激光器的底座及外壳处，最终输入到工作环境中。
2.根据权利要求1所述的一种基于板条激光器的散热***，其特征在于：掺钕钒酸钇晶体为板条激光器的工作物质，首先采用双端面泵浦的形式，将掺钕钒酸钇晶体产生的热量进行均匀化处理，大大降低掺钕钒酸钇晶体中产生热透镜效应；掺钕钒酸钇晶体产生的热量经过高导热热沉、电子冰片进行合理地、单向地、有效地传导，保证输出的热量快速被导出，大大提高掺钕钒酸钇晶体的工作效率及激光光束输出质量。
3.根据权利要求1所述的一种基于板条激光器的散热***，其特征在于：采用电子冰片散热***散热的小体积大功率半导体激光器，包括Nd：YVO4晶体、镜组、高导热热沉和半导体制冷器两侧泵浦，上下两侧各放一个导热垫片以更好的传递热量与固定；再在导热垫片另一侧放置正四棱台形高导热热沉；与热沉另一侧涂一层很薄的导热硅，再与电子冰片结合，最后接散热管。
CN201810137982.7A 2018-02-10 2018-02-10 一种基于板条激光器的散热*** Pending CN108233156A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810137982.7A CN108233156A (zh) 2018-02-10 2018-02-10 一种基于板条激光器的散热***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810137982.7A CN108233156A (zh) 2018-02-10 2018-02-10 一种基于板条激光器的散热***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108233156A true CN108233156A (zh) 2018-06-29

Family

ID=62661541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810137982.7A Pending CN108233156A (zh) 2018-02-10 2018-02-10 一种基于板条激光器的散热***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108233156A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490828A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 北京超快光子科技有限公司 激光晶体集成模组
CN114865431A (zh) * 2022-04-05 2022-08-05 北京工业大学 一种干冰风冷激光器内部器件温度控制***
CN115864109A (zh) * 2023-01-19 2023-03-28 安徽华创鸿度光电科技有限公司 一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法
CN114865431B (zh) * 2022-04-05 2024-07-02 北京工业大学 一种干冰风冷激光器内部器件温度控制***

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071932A (zh) * 2007-05-22 2007-11-14 南昌航空大学 一种半导体激光精密调准及温控装置
CN101364705A (zh) * 2007-08-08 2009-02-11 中国科学院半导体研究所 一种二极管激光泵浦头
CN101562309A (zh) * 2009-04-02 2009-10-21 北京国科世纪激光技术有限公司 半导体激光单管组合侧面泵浦固体激光器的激光增益模块
CN102136668A (zh) * 2011-03-06 2011-07-27 四川大学 薄片激光器激光介质的温度控制方法及其装置
CN204760737U (zh) * 2015-03-28 2015-11-11 武汉新特光电技术有限公司 一种风冷紫外激光器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071932A (zh) * 2007-05-22 2007-11-14 南昌航空大学 一种半导体激光精密调准及温控装置
CN101364705A (zh) * 2007-08-08 2009-02-11 中国科学院半导体研究所 一种二极管激光泵浦头
CN101562309A (zh) * 2009-04-02 2009-10-21 北京国科世纪激光技术有限公司 半导体激光单管组合侧面泵浦固体激光器的激光增益模块
CN102136668A (zh) * 2011-03-06 2011-07-27 四川大学 薄片激光器激光介质的温度控制方法及其装置
CN204760737U (zh) * 2015-03-28 2015-11-11 武汉新特光电技术有限公司 一种风冷紫外激光器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112490828A (zh) * 2020-11-30 2021-03-12 北京超快光子科技有限公司 激光晶体集成模组
CN114865431A (zh) * 2022-04-05 2022-08-05 北京工业大学 一种干冰风冷激光器内部器件温度控制***
CN114865431B (zh) * 2022-04-05 2024-07-02 北京工业大学 一种干冰风冷激光器内部器件温度控制***
CN115864109A (zh) * 2023-01-19 2023-03-28 安徽华创鸿度光电科技有限公司 一种无水冷散热的固体激光晶体热沉方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5958572A (en) Hybrid substrate for cooling an electronic component
JP5046378B2 (ja) パワー半導体モジュール、および該モジュールを搭載したパワー半導体デバイス
US7697291B2 (en) Active liquid metal thermal spreader
KR101419627B1 (ko) 파워 모듈용 기판 및 파워 모듈
JP4466644B2 (ja) ヒートシンク
JP2010219529A (ja) 両面冷却式電力用被覆層付き電力モジュール
EP2139036A1 (en) Semiconductor device
WO2016173286A1 (zh) 液冷散热器及电子设备
JP2008060172A (ja) 半導体装置
US20180240730A1 (en) Semiconductor device with heat dissipation and method of making same
JP2003324173A (ja) 半導体素子の冷却装置
CN108762442B (zh) 散热装置及其制造方法、服务器
CN108233156A (zh) 一种基于板条激光器的散热***
CN104159437B (zh) 复合散热装置
JP2007067258A (ja) 冷却器及びパワーモジュール
JP2009224571A (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びヒートシンク付パワーモジュール
JP2011199202A (ja) 熱拡散部材、放熱部材及び冷却装置
JP6595531B2 (ja) ヒートシンクアッセンブリ
US11848301B2 (en) Method of manufacturing a semiconductor package
CN109921279A (zh) 一种激光器模组
CN209516310U (zh) 一种激光器模组
CN105050371A (zh) 一种高热流密度电子设备热点去除装置
KR20230009737A (ko) 세라믹 기판 및 그 제조방법
CN113594834B (zh) 一种板条型激光晶体热沉散热装置、焊接装置及使用方法
CN218549068U (zh) 泵浦源装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180629