CN102593695A - 一种提高激光晶体棒冷却效率的方法 - Google Patents

Abstract

一种提高激光晶体棒冷却效率的方法，用于固体激光器激光晶体棒的密封冷却装置，该装置包括激光晶体棒、玻璃套管、密封冷却器、密封压圈、密封橡胶圈和冷却剂循环系统，位于密封冷却器两个腔室内的玻璃套管和密封压圈的配合端面均构成同一圆锥腔的内锥面，圆锥腔锥底的直径小于密封压圈的外径，两个圆锥腔锥顶的距离大于激光晶体棒泵浦区的长度。本发明的优点是：该方法工艺简单、易于实施且循环系统稳定性好，在激光器运行时，可以显著改善冷却剂的流动状态，减小因水流的激射、反射而形成的阻力，降低工作压力；在冷却剂由端面至泵浦区的范围内，液体压力梯度小，压降平稳，玻璃管内液体不会出现空化现象，从而改善冷却效果。

Description

一种提高激光晶体棒冷却效率的方法

技术领域

本发明涉及固体激光器的冷却装置，特别是一种提高激光晶体棒冷却效率的方法。

背景技术

在固体激光器中，激光晶体在工作时产生大量热量，如果不迅速把热量带走，激光晶体本身的温度迅速升高，直接导致激光晶体性能下降及破坏。因此，一般用水或水溶液作为冷却剂对激光晶体进行冷却。为了使冷却剂只对激光晶体冷却，同时又能使泵浦光辐射到激光晶体上，所以通常在激光晶体棒周围设置带玻璃套管的密封冷却器，玻璃套管通过密封压圈与冷却器密封固定，来保证激光晶体的正常工作。

这种结构很好的解决了激光晶体的冷却，从而使固体激光器正常运行成为可能。但是，目前激光器能量转换效率偏低，特别是固体激光器，有时为使其电光转换效率提高1％，而进行各种努力。提高激光晶体的冷却效率，可以减小激光晶体的温升。激光晶体的温升对激光器效率的影响非常明显，激光晶体温升低，工作时安全，又提高了激光器能量转换效率。效率提高了，激光晶体的温升和其中的温度梯度也会进一步降低。所以，提高激光晶体冷却效率就显得非常重要了。

在常规的激光晶体的冷却装置中，玻璃套管和密封压圈的端面均为垂直平面，密封冷却器在玻璃套管两端为两个圆筒型腔室，该结构冷却装置存在两个方面的问题：其一，冷却剂由冷却剂循环系统进入密封冷却器，在玻璃套管和密封压圈的端面上容易形成激射、反射，增加了液流的阻力，从而减小了冷却剂的流量，不利于换热降温，同时也提高了冷却系统循环压力、负荷，冷却剂循环系统在高压下工作不安全，能耗也增加；其二，冷却剂流经管口进入玻璃套管内后，根据流体力学理论，流速高、压差大，压力则迅速降低，在高水压梯度下，容易形成空化现象，也就是在玻璃套管中冷却剂会形成很多微小的气泡，以致影响激光晶体与冷却剂的热传递效率。

发明内容

本发明的目的针对上述存在问题，提供一种工艺简单、易于实施且循环系统稳定性好的提高激光晶体棒冷却效率的方法。

本发明的技术方案：

一种提高激光晶体棒冷却效率的方法，用于固体激光器激光晶体棒的密封冷却装置，该装置包括激光晶体棒、玻璃套管、密封冷却器、密封压圈、密封橡胶圈和冷却剂循环系统，激光晶体棒位于玻璃套管内中心，密封冷却器由两个圆筒型密封容器构成，两个圆筒型密封容器的两外端面中心与激光晶体棒密封固定，两内端面中心与玻璃套管两端通过密封压圈和密封橡胶圈密封固定，两个圆筒型密封容器分别设有冷却剂进口和冷却剂出口，其特征在于：位于密封冷却器两个腔室内的玻璃套管和密封压圈的配合端面均构成同一圆锥腔的内锥面，圆锥腔锥底的直径小于密封压圈的外径，两个圆锥腔锥顶的距离大于激光晶体棒泵浦区的长度且锥顶均位于激光晶体棒泵浦区之外。

所述圆锥腔的锥角为小于120°。

本发明的优点是：该方法工艺简单、易于实施且循环系统稳定性好，在激光器运行时，可以显著改善冷却剂的流动状态，其一，玻璃套管和密封压圈的端面由一个垂直于液流方向的平面变成与液流方向成一定角度，极大减小因水流的激射、反射而形成的阻力，在系统流量不变，其液流的工作压力会相应减小；其二，这个锥面一直持续接近激光晶体的泵浦区，在激光晶体的泵浦区范围内，冷却剂的流速没发生改变，因而并不影响激光晶体的冷却郊果，但在锥面的范围内，冷却剂的过流面积要大于泵浦区的过流面积，所以液流的工作压力进一步降低；其三，在冷却剂由端面至泵浦区的范围内，因锥面的存在，液体压力梯度小，压力逐渐平稳降低，玻璃管内液体不会出现空化现象，从而改善冷却效果。

附图说明

附图为该密封冷却装置结构示意图。

图中：1、激光晶体棒  2、玻璃套管  3、密封冷却器4、密封压圈  5、密封橡胶圈  6、冷却剂循环系统  7、冷却剂进口8、冷却剂出口  9、激光晶体棒泵浦区

具体的实施方式

实施例：

一种提高激光晶体棒冷却效率的方法，用于固体激光器激光晶体棒的密封冷却装置，如附图所示，该装置包括激光晶体棒1、玻璃套管2、密封冷却器3、密封压圈4、密封橡胶圈5和冷却剂循环系统6，激光晶体棒1位于玻璃套管2内中心，密封冷却器3由两个圆筒型密封容器构成，两个圆筒型密封容器的两外端面中心与激光晶体棒1密封固定，两内端面中心与玻璃套管2两端通过密封压圈4和密封橡胶圈5密封固定，两个圆筒型密封容器分别设有冷却剂进口7和冷却剂出口8，位于密封冷却器3两个腔室内的玻璃套管2和密封压圈4的配合端面均构成同一圆锥腔的内锥面，圆锥腔的锥角为90°，圆锥腔锥底的直径10mm，密封压圈4的外径20mm，两个圆锥腔锥顶的距离为50mm，激光晶体棒泵浦区9的长度44mm，两个圆锥腔锥顶均位于激光晶体棒泵浦区之外3mm。

将该冷却装置应用于TM:YAG激光器中，在整个冷却系统流量保持不变的情况下，冷却系统的工作压力显著降低，实现了系统工作安全目标。在同样工作条件下，冷却流量不变，泵浦功率不变的情况下，激光晶体的温度降低了，激光功率输出得了提高，整个激光器电光转换效率得到提高。整个激光器系统的改善效果非常明显。

Claims (2)

1.一种提高激光晶体棒冷却效率的方法，用于固体激光器激光晶体棒的密封冷却装置，该装置包括激光晶体棒、玻璃套管、密封冷却器、密封压圈、密封橡胶圈和冷却剂循环系统，激光晶体棒位于玻璃套管内中心，密封冷却器由两个圆筒型密封容器构成，两个圆筒型密封容器的两外端面中心与激光晶体棒密封固定，两内端面中心与玻璃套管两端通过密封压圈和密封橡胶圈密封固定，两个圆筒型密封容器分别设有冷却剂进口和冷却剂出口，其特征在于：位于密封冷却器两个腔室内的玻璃套管和密封压圈的配合端面均构成同一圆锥腔的内锥面，圆锥腔锥底的直径小于密封压圈的外径，两个圆锥腔锥顶的距离大于激光晶体棒泵浦区的长度且锥顶均位于激光晶体棒泵浦区之外。

2.根据权利要求1所述提高激光晶体棒冷却效率的方法，其特征在于：所述圆锥腔的锥角为小于120°。

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