CN102868082A - 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 - Google Patents
微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102868082A CN102868082A CN2012103640091A CN201210364009A CN102868082A CN 102868082 A CN102868082 A CN 102868082A CN 2012103640091 A CN2012103640091 A CN 2012103640091A CN 201210364009 A CN201210364009 A CN 201210364009A CN 102868082 A CN102868082 A CN 102868082A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- microballon
- flow cell
- fluorescence flow
- laser gain
- 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.)
- Granted
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 239000011325 microbead Substances 0.000 title abstract 5
- 238000007726 management method Methods 0.000 title abstract 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 19
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 18
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 14
- 230000008676 import Effects 0.000 claims description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical group [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000005365 phosphate glass Substances 0.000 claims description 6
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- ILQHFISNNSQESO-UHFFFAOYSA-N naphthalene;hydrobromide Chemical compound Br.C1=CC=CC2=CC=CC=C21 ILQHFISNNSQESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000005371 ZBLAN Substances 0.000 claims 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 3
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 3
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000000087 laser glass Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明属液体激光器技术领域，具体涉及一种微珠浸没式液体激光器及其热管理方法。其方法的特点是将激光性能优良的稀土掺杂固体激光增益介质经过光学加工获得微珠，将微珠固定在荧光流动池中并完全浸没在匹配液中，折射率匹配液在微珠和荧光流动池四壁间流动，对增益介质进行直接冷却将泵浦过程中产生的废热带走。本方法具有不间断、实时、高效冷却的特点，可大大提高了热管理效率，极限热功率负载，从而允许注入更高的泵浦功率并大幅提高激光输出功率和频率。同时为光学性能优异但受生长尺寸限制而未被广泛应用的激光晶体提供了新的应用途径，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属液体激光器技术领域，具体涉及一种微珠浸没式液体激光器及其热管理方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，高功率高重复强激光技术目前己成为一个重要的热点方向，同时也对激光技术提出了更高的要求：输出阈值低、光束质量好、能够输出高平均功率、高能量和高重复率的使用。高能核聚变模拟实验所需的超强激光系统不仅是未来人类新能源的希望，而且在国防上也有着极其重要的地位。
目前已经发展和正在发展的高重复强激光系统，除了部分领域在探索气体激光外，其余的大都采用固体激光，使用固态激光工作物质。但固态强激光系统由于激光增益介质的热传导效率较低并且在高能激光作用下会产生破坏性损伤，运行中的热管理等问题，在很大程度上限制了它的重复使用率、使用范围、运转周期和寿命。美国利弗莫尔国家实验室提出了采用激光器工作过程中不冷却，停止运转后对工作介质进行强制快速致冷的固体激光器热容模式（IEEE J.Quantum Electron.,31:293-300）。该方法在一定程度上提高了热管理效率，改善了输出光束质量，提高了平均输出功率和工作效率，但并未从根本上解决工作过程中的热效及工作介高能损伤等问题。
发明内容
本发明提出一种微珠浸没式液体激光器及其热管理方法，主要针对现有技术无法有效解决热效及工作介高能损伤等问题。
本发明的具体技术解决方案如下：
该微珠浸没式液体激光器热管理方法，包括以下步骤：
1]制备激光增益微珠；
2]将多个激光增益微珠置于激光器的荧光流动池内，多个激光增益微珠之间不产生相对位移；
3]将折射率匹配液通入荧光流动池内，折射率匹配液流过多个激光增益微珠之间的间隙，通过热交换的方式将泵浦过程中产生的废热带出激光器。
上述步骤2中，将多个激光增益微珠以矩形阵列方式排布在激光器的荧光流动池内，激光增益微珠可以实际应用环境以矩形阵列排列为一层或多层。
上述激光增益微珠是掺杂有稀土离子的玻璃或晶体，以掺铒磷酸盐玻璃，Yb:YAG晶体或NdP5O14晶体为佳；激光增益微珠的直径尺寸以1~40mm为佳；折射率匹配液为有机溶剂，以重水、溴代萘、液体石蜡或苯甲醇为佳；荧光流动池为石英荧光流动池或同增益介质折射率相近的玻璃荧光流动池，以荧光流动池为石英荧光流动池或K9玻璃荧光流动池为佳。
该微珠浸没式液体激光器包括荧光流动池，荧光流动池一端设置有液体进口，另一端设置有液体出口，荧光流动池内设置有多个激光增益微珠，各激光增益微珠在荧光流动池内不产生相对位移。
上述多个激光增益微珠以矩形阵列方式排布在激光器的荧光流动池内，激光增益微珠以矩形阵列排列为一层或多层。
上述液体进口所在一端的侧壁与激光增益微珠之间，液体出口所在一端的侧壁与激光增益微珠之间设置有用于防止液体流动带动激光增益微珠稳定进出口液体流速分布的阻隔层。
上述激光增益微珠的直径尺寸为1~40mm；荧光流动池内腔尺寸为1~40mm×4~400mm×10~600mm；激光增益微珠是掺铒磷酸盐玻璃，Yb:YAG晶体或NdP5O14晶体；荧光流动池为石英荧光流动池或K9玻璃荧光流动池为佳。
本发明的优点如下：
该微珠浸没式液体激光器热管理方法，采用激光特性优异的固体微珠做为激光增益介质，可以直接提高增益介质的散热面积，而微球结构具有极佳的机械性能和抗热冲击能力，可以承受较高的热负载；另外，微球直径仅为毫米量级，可以采用光学性能优异但受生长尺寸限制而未被广泛应用的激光晶体，进一步提高激光材料的光学性能；
该微珠浸没式液体激光器采用冷却液完全浸没增益介质并循环流动，可以对增益介质进行不间断直接冷却的热管理，液体对激光工作物质直接进行冷却，大大提高了热管理效率，极限热功率负载大幅提高，从而允许注入更高的泵浦功率并大幅提高激光输出功率和频率，降低激光泵浦过程中增益介质的高能损伤。
附图说明
图1为本发明的激光增益介质泵浦示意图；
图2为本发明的微珠浸没式液体激光器热管理方法原理示意图（Y-Z剖面图）
附图明细如下：1为泵浦光，2为微珠增益介质，3为非通光面，4为折射率匹配液进口，5为折射率匹配液出口，6为微珠间隙匹配液，7、8为匹配液进出口阻隔层。
具体实施方式
本发明的原理如下：
将激光性能优良的固体激光增益介质经过光学加工获得微珠，将微珠固定在荧光流动池中，折射率匹配液在微珠和荧光流动池四壁间流动，通过匹配液的循环流动对增益介质进行直接冷却将泵浦过程中产生的废热带走，最终实现激光器工作过程中的有效热管理。
本发明使用的微珠为玻璃或者晶体材料，如掺稀土离子磷酸盐玻璃或者Re:YAG晶体等，经过光学加工成尺寸直径为1~40mm的微珠。
本发明使用的荧光流动池为石英或者玻璃材料，四面为通光窗口，流动池内可填充单排或多排微珠阵列，上下两端密封并留有液体进出口。
本发明使用的折射率匹配液为有机液体的单一或者多组分混合液，通过对其进行动态调整实现在激光输出波长与固体增益介质折射率匹配。
以下结合附图及实施例对本发明做详细说明。
该微珠浸没式液体激光器热管理方法，包括以下步骤：
1]制备激光增益微珠，固体激光增益微珠的直径为1~40mm，材料为稀土掺杂激光玻璃或者激光晶体材料；以掺铒磷酸盐玻璃，Yb:YAG晶体或NdP5O14晶体为佳；
2]将多个激光增益微珠置于激光器的荧光流动池内，多个激光增益微珠之间不产生相对位移；一般是将多个激光增益微珠以矩形阵列方式排布在激光器的荧光流动池内，激光增益微珠可以实际应用环境以矩形阵列排列为一层或多层；当然也可以采取其它排列方式，但应至少保证在通入折射率匹配液后激光增益微珠之间不会产生相对位移；
3]将折射率匹配液通入荧光流动池内，折射率匹配液流过多个激光增益微珠之间的间隙，通过热交换的方式将泵浦过程中产生的废热带出激光器；具体如图2所示，折射率匹配液通过进口4进入荧光流动池，在微珠阵列的间隙流动并实现热交换以带走泵浦过程中产生的废热，对增益介质进行不间断直接冷却，最后通过出口5流出增益区。其中7和8为阻隔层，防止液体流动带动微珠增益介质，同时可以稳定进出口液体流速分布。折射率匹配液为有机溶剂，以重水、溴代萘、液体石蜡或苯甲醇为佳；荧光流动池为石英荧光流动池或同增益介质折射率相近的玻璃荧光流动池，以荧光流动池为为石英荧光流动池或K9玻璃荧光流动池为佳。
Claims (10)
1.一种微珠浸没式液体激光器热管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1]制备激光增益微珠；
2]将多个激光增益微珠置于激光器的荧光流动池内，多个激光增益微珠之间不产生相对位移；
3]将折射率匹配液通入荧光流动池内，折射率匹配液流过多个激光增益微珠之间的间隙，通过热交换的方式将泵浦过程中产生的废热带出激光器。
2.根据权利要求1所述的微珠浸没式液体激光器热管理方法，其特征在于：所述步骤2中，将多个激光增益微珠以矩形阵列方式排布在激光器的荧光流动池内。
3.根据权利要求2所述的微珠浸没式液体激光器热管理方法，其特征在于：所述步骤2中，激光增益微珠以矩形阵列排列为一层或多层。
4.根据权利要求1至3任一所述的微珠浸没式液体激光器热管理方法，其特征在于：所述激光增益微珠是掺杂有稀土离子的玻璃或晶体；所述激光增益微珠的直径尺寸为1~40mm；所述折射率匹配液为有机溶剂；所述荧光流动池为石英荧光流动池或同增益介质折射率相近的玻璃荧光流动池。
5.根据权利要求4所述的微珠浸没式液体激光器热管理方法，其特征在于：所述激光增益微珠是掺铒磷酸盐玻璃，Yb:YAG晶体或NdP5O14晶体；所述有机溶剂是重水、溴代萘、液体石蜡或苯甲醇；所述荧光流动池为K9玻璃荧光流动池或ZBLAN玻璃荧光流动池。
6.一种微珠浸没式液体激光器，包括荧光流动池，荧光流动池一端设置有液体进口，另一端设置有液体出口，其特征在于：所述荧光流动池内设置有多个激光增益微珠，各激光增益微珠在荧光流动池内不产生相对位移。
7.根据权利要求6所述的微珠浸没式液体激光器，其特征在于：所述多个激光增益微珠以矩形阵列方式排布在激光器的荧光流动池内。
8.根据权利要求7所述的微珠浸没式液体激光器，其特征在于：所述激光增益微珠以矩形阵列排列为一层或多层。
9.根据权利要求6至8任一所述的微珠浸没式液体激光器，其特征在于：所述液体进口所在一端的侧壁与激光增益微珠之间，液体出口所在一端的侧壁与激光增益微珠之间设置有用于防止液体流动带动激光增益微珠稳定进出口液体流速分布的阻隔层。
10.根据权利要求8所述的微珠浸没式液体激光器，其特征在于：所述激光增益微珠的直径尺寸为1~40mm；所述荧光流动池内腔尺寸为1~40mm×4~400mm×10~600mm；所述激光增益微珠是掺铒磷酸盐玻璃，Yb:YAG晶体或NdP5O14晶体；所述荧光流动池为K9玻璃荧光流动池或ZBLAN玻璃荧光流动池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210364009.1A CN102868082B (zh) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210364009.1A CN102868082B (zh) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102868082A true CN102868082A (zh) | 2013-01-09 |
| CN102868082B CN102868082B (zh) | 2014-07-02 |
Family
ID=47446767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210364009.1A Expired - Fee Related CN102868082B (zh) | 2012-09-26 | 2012-09-26 | 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102868082B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236625A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-08-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置和匹配方法 |
| CN104901150A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种多波长液滴激光器 |
| CN109659800A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-19 | 西南技术物理研究所 | 一种铒玻璃板条激光器的冷却方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3558504A (en) * | 1968-12-05 | 1971-01-26 | Gen Telephone & Elect | Method of preparing an active medium for a liquid laser |
| CN101217228A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-09 | 复旦大学 | 一种流体激光工作物质及其制备方法 |
| CN102570283A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 激光泵浦的流动纳米颗粒稀土离子激光器 |
-
2012
- 2012-09-26 CN CN201210364009.1A patent/CN102868082B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3558504A (en) * | 1968-12-05 | 1971-01-26 | Gen Telephone & Elect | Method of preparing an active medium for a liquid laser |
| CN101217228A (zh) * | 2007-12-27 | 2008-07-09 | 复旦大学 | 一种流体激光工作物质及其制备方法 |
| CN102570283A (zh) * | 2012-01-11 | 2012-07-11 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 激光泵浦的流动纳米颗粒稀土离子激光器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236625A (zh) * | 2013-04-15 | 2013-08-07 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置和匹配方法 |
| CN103236625B (zh) * | 2013-04-15 | 2016-01-06 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置和匹配方法 |
| CN104901150A (zh) * | 2015-05-25 | 2015-09-09 | 哈尔滨工程大学 | 一种多波长液滴激光器 |
| CN109659800A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-19 | 西南技术物理研究所 | 一种铒玻璃板条激光器的冷却方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102868082B (zh) | 2014-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105375246B (zh) | 一种端面倾斜泵浦的平面波导激光放大器 | |
| CN104064955A (zh) | 一种浸没式冷却固体激光器 | |
| CN102868082B (zh) | 微珠浸没式液体激光器及其热管理方法 | |
| CN103650261A (zh) | 用于被低温冷却的激光放大器的方法和系统 | |
| Li et al. | A kilowatt level diode-side-pumped QCW Nd: YAG ceramic laser | |
| CN102637995A (zh) | 一种功率比例可调的双波长或多波长激光器 | |
| CN102570283B (zh) | 激光泵浦的流动纳米颗粒稀土离子激光器 | |
| CN105403951A (zh) | 空心-实心复合的多芯光子晶体光纤及其激光放大的方法 | |
| CN107437720A (zh) | 一种阵列式棒状激光放大器 | |
| Wen et al. | Study on thermal effect of mid-infrared single-ended bonded Tm LuAG laser crystals | |
| CN103730830A (zh) | 激光二极管泵浦氦气冷却的掺钕钇氟化钙激光放大器 | |
| CN100588052C (zh) | 高功率光纤激光器的制冷方法 | |
| Mi et al. | 105 W continuous-wave diode-pumped Tm: YAP slab laser with high beam quality | |
| CN103236628A (zh) | 一种发热抑制的光纤激光器及其制作方法 | |
| CN201877671U (zh) | 一种光子带隙光纤及光子带隙光纤激光器 | |
| CN201285988Y (zh) | 一种激光二极管侧面泵浦复合板条激光器 | |
| Zhang et al. | Improvement of 2.8 μm laser performance on LD side-pumped LuYSGG/Er: LuYSGG/LuYSGG bonding crystal | |
| CN205159773U (zh) | 渐变掺杂低温氦气冷却的掺镱钇铝石榴石叠片激光放大器 | |
| CN104009375A (zh) | 一种黄光自拉曼激光器 | |
| CN100559670C (zh) | 单模有源光纤伴生耦合多模有源光纤超亮度单模激光器 | |
| CN203911225U (zh) | 一种浸没式冷却固体激光器 | |
| CN102638002A (zh) | 一种低功耗固体激光器 | |
| CN106936056B (zh) | 一种热容冷却液体激光器 | |
| CN205122985U (zh) | 一种端面倾斜泵浦的平面波导激光放大器 | |
| CN203180303U (zh) | 一种发热抑制的光纤激光器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Peng Bo Inventor after: Wei Wei Inventor after: She Jiangbo Inventor after: Zhao Pengfei Inventor before: She Jiangbo Inventor before: Peng Bo Inventor before: Wei Wei |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: SHE JIANGBO PENG BO WEI WEI TO: PENG BO WEI WEI SHE JIANGBO ZHAO PENGFEI |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140702 Termination date: 20180926 |