CN104617469A - 一种压力自动平衡激光头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力自动平衡激光头装置，属于激光放大器领域，包括冷却液层、增益介质、进液通道、平衡气压层、封气窗口、储气罐和干燥盒，所述进液通道为三通进液通道，所述封气窗口、平衡气压层、增益介质、冷却液层均为大面面积相等的板条状，并且依次平行排列，所述三通进液通道的其中两端分别连接冷却液层和平衡气压层，所述储气罐和干燥盒串联于三通进液通道与平衡气压层之间，所述平衡气压层的气压与冷却液层的液压相等，通过该装置可以平衡增益介质两侧所承受的压力，消除因单端冷却液压造成的增益介质的形变，消除因介质形变导致的反射后激光的波前畸变，具有结构简单、造价成本低、易于实现等优点。

Description

一种压力自动平衡激光头装置

技术领域

本发明涉及激光放大器领域，具体而言涉及一种压力自动平衡激光头装置。

背景技术

反射激活镜是一种典型的大口径激光放大器放大结构，该结构具有可成倍增加激光放大次数，利于增益介质冷却，便于大面LD阵列泵浦等诸多优点。但冷却液几乎都对激光有吸收，即使不吸收的冷却液，其流动产生的气泡、湍流等，也使得激光不宜穿过冷却液层，所以反射激活镜结构都是为增益介质提供单面冷却。但由于反射激活镜结构中增益介质的纵向厚度一般远小于横向尺寸，增益介质会因前后表面的压力差产生形变，入射激光经过反射后附加了介质面形变化带来的波前畸变。有科研人员为了解决介质前后液压差的问题，而采用双端冷却，但双端冷却需要挑选对激光波长不吸收的特殊冷却液，又要专门的仪器尽量减少冷却液因循环流动带来的气泡、湍流等，却不能完全消除，且导致激光头的结构复杂，成本高，不易实现。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种压力自动平衡激光头装置，该装置增益介质两侧的气压与液压自动平衡，有效地消除了因单面液压导致增益介质表面的形变，避免了出射激光携带因介质形变引入的波前畸变，支路内的储气罐更可以适应更高的液压范围，干燥盒可以干燥平衡气压层的气体，利于激光的传输，该装置结构简单，造价成本低，效果明显。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压力自动平衡激光头装置，包括冷却液层、增益介质、进液通道，还包括平衡气压层、封气窗口、储气罐和干燥盒，所述进液通道为三通进液通道，所述封气窗口、平衡气压层、增益介质、冷却液层均为大面面积相等的板条状，并且依次平行排列，所述三通进液通道的其中两端分别连接冷却液层和平衡气压层，所述储气罐和干燥盒串联于三通进液通道与平衡气压层之间，连接顺序为：三通进液通道、储气罐、干燥盒、平衡气压层，所述平衡气压层的气压与冷却液层的液压相等。

进一步，所述增益介质靠近冷却液层的大面镀有入射激光高反膜和泵浦激光高透膜。

进一步，所述增益介质靠近平衡气压层的大面镀有入射激光高透膜和泵浦激光高反膜。

进一步，所述封气窗口的两个大面均镀有入射激光高透膜。

进一步，所述储气罐与三通进液通道的连接口位于储气罐下端。

进一步，所述储气罐与平衡气压层的连接口位于储气罐上端。

进一步，所述储气罐内液面高度低于储气罐的上端面。

本发明的有益效果如下：

1、封气窗口与增益介质密闭形成平衡气压层，气压层的厚度可以根据需要进行调整；

2、平衡气压层的压力不是定值，可以根据增益介质另一侧的液压进行自动调整，实现二者的压力平衡；

3、储气罐可以增加平衡气压层所需的气体量，增加压力平衡所能承受的压力范围；

4、干燥盒可以使流向平衡气压层的气体保持干燥，避免冷却液蒸发污染封气窗口和增益介质；

5、激光经增益介质反射后，不会携带附加的波前畸变信息，彻底消除了因单面液压导致增益介质表面的形变。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为储气罐结构示意图；

图3为现有技术出射激光发散情况与入射激光发散情况关系图；

图4为本发明出射激光发散情况与入射激光发散情况关系图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种压力自动平衡激光头装置，包括封液窗口1、冷却液层2、增益介质3、平衡气压层4、封气窗口5及三通进液通道6、储气罐7、干燥盒8、出液通道9，所述封气窗口5、平衡气压层4、增益介质3、冷却液层2均为大面面积相等的板条状，所述大面为长×宽面，所述封气窗口5、平衡气压层4、增益介质3、冷却液层2、封液窗口1依次平行排列，其几何中心同轴，封气窗口5与增益介质3密闭形成平衡气压层4，平衡气压层4的厚度可以根据需要进行调整。当液压较小时，可以适当增加平衡气压层4的厚度，保证储气罐7的出气量，当液压较大时，可以减小平衡气压层4的厚度，避免入射激光在气体密度过大的平衡气压层4内长距离传输，不对入射激光产生影响，同时减小激光头的体积。

所述三通进液通道6三端分别连接冷却液进液口、冷却液层2和平衡气压层4，所述储气罐7和干燥盒8串联于三通进液通道6与平衡气压层4之间，连接顺序为：三通进液通道6、储气罐7、干燥盒8、平衡气压层4，所述干燥盒8为单向干燥盒，没有冷却液流过干燥盒8，内装有干燥剂，干燥剂可以更换。干燥盒8可以使流向平衡气压层4的气体保持干燥，避免冷却液蒸发污染封气窗口5和增益介质3。所述储气罐7与三通进液通道6的连接口位于储气罐7下端，所述储气罐7与平衡气压层4的连接口位于储气罐7上端，平衡气压层4的压力不是定值，可以根据增益介质3另一侧的液压进行自动调整，实现二者的压力平衡，储气罐7可以增加平衡气压层4所需的气体量，增加压力平衡所能承受的压力范围。

所述出液通道9连接循环液出液口和冷却液层2。所述增益介质3靠近冷却液层2的大面镀有入射激光高反膜和泵浦激光高透膜，所述增益介质3靠近平衡气压层4的大面镀有入射激光高透膜和泵浦激光高反膜，所述封气窗口5的两个大面均镀有入射激光高透膜。所述冷却液层2中冷却液可以是水、酒精及其混合物。所述平衡气压层4的气压与冷却液层2的液压相等。所述泵浦激光由封液窗口1的大面侧入射，泵浦光依次穿过封液窗口1、冷却液层2、增益介质3，在增益介质3靠近平衡气压层4的大面被反射，达到泵浦效果，所述入射激光由封气窗口5的大面侧入射，入射激光依次穿过封气窗口5、平衡气压层4、增益介质3，在增益介质3靠近冷却液层2的大面被反射，实现入射激光能量的增加。

如图2所示，所述储气罐7内液面高度低于储气罐7的上端面，所述储气罐7还设有一根连通管71，连接储气罐7的上下端，便于观察储气罐7内液面位置，避免冷却液流入平衡气压层4。

采用上述压力自动平衡激光头装置的压力自动平衡方法，包括如下步骤：

(1)冷却液由进液口经三通进液通道6进入激光头装置；

(2)步骤(1)中的大部分冷却液经由三通进液通道6连接冷却液层2的支路进入冷却液层2，再经出液通道9流出到出液口；

(3)步骤(1)中小部分冷却液经三通进液通道6连接平衡气压层4的支路，流入储气罐7，储气罐7内的气体在液压下经过干燥盒8再进入平衡气压层4，对平衡气压层4内的气体进行压缩；

(4)当步骤(3)中平衡气压层4内的气压与冷却液层2的液压相等时，冷却液不再流入该支路，此时平衡气压层4内的气压与冷却液层2的液压相等，增益介质3无变形，实现激光头内增益介质两侧压力自动平衡，激光经增益介质3反射后，不会携带附加的波前畸变信息，彻底消除了因单面液压导致增益介质3表面的形变。

图3为现有技术的出射激光与入射激光发散情况关系图，由于增益介质3发生了畸变，平行的入射激光经增益介质3反射后，出射激光成为发散的，使激光携带了更大的波前畸变。

图4为本发明出射激光发散情况与入射激光发散情况关系图，在气压与液压达到平衡后，本发明的增益介质3没有形变，平行的入射激光经增益介质3反射后，出射激光依然是平行的，不携带附加的波前畸变信息。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种压力自动平衡激光头装置，包括冷却液层、增益介质、进液通道，其特征在于，还包括平衡气压层、封气窗口、储气罐和干燥盒，所述进液通道为三通进液通道，所述封气窗口、平衡气压层、增益介质、冷却液层均为大面面积相等的板条状，并且依次平行排列，所述三通进液通道的其中两端分别连接冷却液层和平衡气压层，所述储气罐和干燥盒串联于三通进液通道与平衡气压层之间，连接顺序为：三通进液通道、储气罐、干燥盒、平衡气压层，所述平衡气压层的气压与冷却液层的液压相等。

2.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述增益介质靠近冷却液层的大面镀有入射激光高反膜和泵浦激光高透膜。

3.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述增益介质靠近平衡气压层的大面镀有入射激光高透膜和泵浦激光高反膜。

4.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述封气窗口的两个大面均镀有入射激光高透膜。

5.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述储气罐与三通进液通道的连接口位于储气罐下端。

6.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述储气罐与平衡气压层的连接口位于储气罐上端。

7.根据权利要求1所述的一种压力自动平衡激光头装置，其特征在于，所述储气罐内液面高度低于储气罐的上端面。