CN103474865A - 一种用于冷却片状激光增益介质的装置 - Google Patents

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赵环
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Abstract

本发明公开了一种用于冷却片状激光增益介质的装置，该装置包括热沉、TEC、真空室壳体、真空室底座和盖板；真空室壳体为管状，热沉和TEC位于真空室壳体内部，该真空室壳体一端与真空室底座密封连接，另一端与盖板密封连接，TEC设置在真空室底座的侧面上，热沉设置在TEC的致冷面上，真空室壳体上设置有一用于抽真空的通气孔和一用于连接TEC的电控转接端子；真空室底座外侧面上设有进水孔和出水孔，该真空室底座内部设有连通进水孔和出水孔的水道。采用这样结构后，片状激光增益介质产生的热量被真空室底座中流过的循环冷却水带走，这样就能够对片状激光增益介质的工作温度进行精确的控制，同时避免在片状激光增益介质表面冷凝结水。

Description

一种用于冷却片状激光增益介质的装置
技术领域
本发明涉及一种用于冷却片状激光增益介质的装置，包括真空室底座、设置在真空室底座上的TEC（半导体致冷器）、设置在TEC上的热沉、与真空室底座密封连接的真空室壳体和与真空室壳体密封连接的盖板。
背景技术
高功率、高光束质量的全固态激光器由于结构紧凑、转换效率高、稳定性好等优点，在工业加工和强场激光物理等方面有着较大的应用需求。在这样的激光系统中，对激光增益介质的冷却效果直接影响到输出激光质量。在固体激光器增益介质的光泵浦过程中，由于量子缺陷等原因，增益介质会产生大量热能，造成增益介质内部的温度梯度，由于温度和应力的不均匀分布引起了热透镜效应和热致双折射等不良效应，影响光束质量，而过高的温度梯度和应力更有可能引起应力裂纹，限制激光器的平均输出功率。所以对用于较大功率激光器的增益介质必须要降温。片状增益介质相比于传统的棒状增益介质，具有散热的优势，减弱了热效应的影响，有利于提高光束质量，适用于高功率激光系统。对片状增益介质的冷却，最常用的方法是将介质的反射面固定在由循环水冷却的金属热沉上，介质中产生的热量传导到热沉上，由循环水带走。这种冷却方式由于循环水温度的波动，无法精确控制增益介质的工作温度；而且增益介质暴露在空气中，在潮湿环境中一旦循环水温度低于室温，介质表面会产生冷凝水，易引起介质损坏。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题作出改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种用于冷却片状激光增益介质的装置，该装置能够精确的控制片状激光增益介质的温度，并且能够防止当激光增益介质工作温度低于室温时在介质表面冷凝结水。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种用于冷却片状激光增益介质的装置，该装置包括热沉、TEC（半导体致冷器）、真空室壳体、真空室底座和盖板；所述真空室壳体为管状，所述热沉和TEC位于所述真空室壳体内部，该真空室壳体一端与所述真空室底座密封连接，另一端与所述盖板密封连接，所述TEC设置在真空室底座的侧面上，所述热沉设置在TEC的致冷面上，所述真空室壳体上设置有一用于抽真空的通气孔和一用于连接TEC的电控转接端子；所述真空室底座外侧面上设有进水孔和出水孔，该真空室底座内部设有连通所述进水孔和出水孔的水道。
进一步的，该装置还包括热敏电阻和温度控制器，所述热敏电阻设置在所述热沉上，所述温度控制器通过电控转接端子分别与所述热敏电阻和TEC连接。
进一步的，所述盖板为透明材质或者所述盖板上设有一通光孔，该通光孔上设有光学镜片。
进一步的，所述热沉、TEC和真空室底座各接触表面间涂有导热膏，可以更好地再各部件之间传导热量。
进一步的片状激光增益介质可以通过机械方式设置在所述热沉上，也可以金属铟为焊料焊接在热沉上。
采用上述结构后，温度控制器通过探测热敏电阻的阻值对TEC进行反馈控制，TEC对热沉进行冷却，热沉对片状激光增益介质进行冷却，TEC的发热面与真空室底座接触，其热量被真空室底座中流过的循环冷却水带走，这样就能够对片状激光增益介质的工作温度进行精确的控制。用真空室壳体、真空室底座和盖板将片状激光增益介质密封起来，并抽成一定的真空度，可以减少真空室内部的水汽，避免在片状激光增益介质表面冷凝结水。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明真空室底座的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，片状激光增益介质1和热敏电阻固定设置在热沉2上，片状激光增益介质1的前表面镀有激光增透膜，后表面镀有0度全反膜，并与热沉2表面接触。片状激光增益介质1与热沉2之间的固定方式可采用夹具机械固定，也可以用金属铟为焊料进行焊接。热沉2通过长螺栓与真空室底座4固定连接，TEC（半导体致冷器）3设置在热沉2与真空室底座4之间，并被二者夹紧，TEC3的致冷面与热沉2接触，发热面与真空室底座4接触。真空室壳体5与真空室底座4密封连接。通过旋转热沉2可带动片状激光增益介质1旋转。真空室底座4设置在多维调整支架上，因片状激光增益介质1、热沉2和TEC3都被固定在真空室底座4上，所以通过调节多维调整支架，可以调整片状激光增益介质1的倾斜角度。各个夹具、片状激光增益介质1、热沉2、TEC3和真空室底座4的各接触面之间都涂敷有真空导热硅胶，以利于热量传输。
将真空室壳体5密封连接到真空室底座4上，再将热敏电阻与TEC3的导线连接到转接端子相应的针脚上。将一个平面光学镜片61用真空密封夹具固定在盖板6的通光孔处，镜片两面镀有对激光增透的介质膜，入射激光和出射激光将从光学镜片61通过；再将盖板6密封连接到真空室壳体5上，完成真空室的安装。
如图2所示，真空室底座4上设有一进水孔41和出水孔42，进水孔41与出水孔42之间设有水道，用于通过冷却水。
用一台无油真空泵通过通气孔51对真空室抽真空；再打开循环冷却水机，对真空室底座通恒温循环冷却水；再将温度控制器的控制端口安装到电控转接端子52上，根据探测到的热敏电阻阻值，对TEC3实施反馈控制，使其冷却片状激光增益介质1到一个预设的恒定温度，TEC3散发的热量传导到真空室底座4上，由循环水将热量带走，从而实现对片状激光增益介质1的冷却。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种用于冷却片状激光增益介质的装置，其特征在于：该装置包括热沉、TEC、真空室壳体、真空室底座和盖板；所述真空室壳体为管状，所述热沉和TEC位于所述真空室壳体内部，该真空室壳体一端与所述真空室底座密封连接，另一端与所述盖板密封连接，所述TEC设置在真空室底座的侧面上，所述热沉设置在TEC的致冷面上，所述真空室壳体上设置有一用于抽真空的通气孔和一用于连接TEC的电控转接端子；所述真空室底座外侧面上设有进水孔和出水孔，该真空室底座内部设有连通所述进水孔和出水孔的水道。
2.根据权利要求1所述的用于冷却片状激光增益介质的装置，其特征在于：该装置还包括热敏电阻和温度控制器，所述热敏电阻设置在所述热沉上，所述温度控制器通过电控转接端子分别与所述热敏电阻和TEC连接。
3.根据权利要求1所述的用于冷却片状激光增益介质的装置，其特征在于：所述盖板为透明材质或者所述盖板上设有一通光孔，该通光孔上设有光学镜片。
4.根据权利要求1所述的用于冷却片状激光增益介质的装置，其特征在于：所述热沉、TEC和真空室底座各接触表面间涂有导热膏。
5.根据权利要求1所述的用于冷却片状激光增益介质的装置，其特征在于：片状激光增益介质可以通过机械方式固定在所述热沉上，也可以金属铟为焊料焊接在热沉上。
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