CN104953446A - 一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型激光器技术领域，更具体地是一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池，能够处理浸入式液冷固体激光器的均匀散热困难、光束质量差问题的新技术。增益池由上支架（1）、下支架（2）、石英窗口（3）增益介质（4）以及两端盖板组成。本发明巧妙地采用单腔振荡的技术路线，在保持激光器结构紧凑的同时增加光路长度；通过一种高通透液体的层流流动对增益介质两个表面进行均匀冷却，巧妙地建立热管理技术，提高了激光器的光束质量。
Description
技术领域
本发明涉及新型激光器技术领域，更具体地是一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池，能够处理浸入式液冷固体激光器的均匀散热困难、光束质量差问题的新技术。
背景技术
激光二极管泵浦固体激光器（DPL）是采用激光二极管作为泵浦源，以掺杂的晶体等固体材料作为增益介质的激光器。它具有结构紧凑、电-光转换效率高、可靠性高等优点，成为当前激光技术发展的主要方向之一。
但传统的二极管泵浦的固体激光也存在自身的问题，其中热管理技术差一直是制约固体激光发展的关键点。为突破热管理技术瓶颈，必须开展高效率均匀冷却技术的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用均匀层流冷却技术、快速响应、操作简单，同时能够满足、适应各种行业需求的二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池。
一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池，由上支架、下支架、石英窗口增益介质以及两端盖板组成。
所述上支架和下支架内部包括若干流体流道，流体流道的两端分别 为入口和出口部分，流体流道的入口呈现由宽缓慢变窄的形状，出口呈现由窄缓慢变宽的形状，其中每个流体流道最宽处可达5-20mm，最细处宽度可达0.1-0.5mm；相邻的两个流体流道的流动方向相反。
所述上支架的下表面和下支架的上表面设有若干凹槽，增益介质和石英窗口与凹槽嵌入配合，且上支架和下支架通过增益介质和石英窗口相互对接。
所述增益介质为固体激光增益介质。
所述固体激光增益介质为YAG晶体、陶瓷、钕玻璃。
所述增益介质为片状。
所述石英窗口为片状。
增益介质和石英窗口排列嵌入上支架和下支架的凹槽内，相互之间形成主流体流道，主流体流道与上支架和下支架的流体流道入口或出口部分对接，形成完整流体流道。
所述两端盖板是将上支架、下支架、增益介质和石英窗口连接并固定，且与上支架、下支架、增益介质和石英窗口之间加以密封垫对流体流道进行密封。其由泵浦源、增益池和光腔构成，增益池为激光器的主体，流体流道通以冷却液体，上支架和下支架的流体流道入口或出口部分的设计使流体在增益介质和石英窗口处形成层流，泵浦产生的热量通过流体流动带走。
本发明的优点：
本发明巧妙地采用单腔振荡的技术路线，在保持激光器结构紧凑 的同时增加光路长度；通过一种高通透液体的层流流动对增益介质两个表面进行均匀冷却，巧妙地建立热管理技术，提高了激光器的光束质量。
随着激光器发展的日趋成熟，未来这种热管理便捷、光束质量好、操作简单的激光器增益池将具有很大的应用空间。
原理：激光器主要由泵浦源、增益池和光腔系统构成，本发明所涉及的增益池为激光器的主体，泵浦光通过一侧石英窗口入射到增益池内，使增益介质被激发产生粒子数反转，产生的激光在增益介质内震荡形成激光输出；冷却液体是通过冷冻机的循环泵给出，通过增益池时将增益池产生的热量带走，再流回冷冻机，被冷冻机冷却后再流出使用，其中冷却液体选用与石英窗口和增益介质具有匹配折射率、流动性好、热导率高、泵浦光和激光透过率均比较高的液体。
附图说明
图1是本发明的增益池的立体图；
图2是本发明的增益池的剖视图；
其中1、上支架 2、下支架 3.石英窗口 4.增益介质 5、流体流道 6、凹槽
具体实施方式：
以下结合附图和实施例详细描述本发明的基本组成与工作原理：
如图1所示，本实施例具体实施如下：
增益池包括上下两个支架，上支架1和下支架2，每个支架包括三个 流体流道，流体流道的两端分别为入口和出口部分，流体流道5的入口呈现由宽缓慢变窄的形状，出口呈现由窄缓慢变宽的形状，其中每个流体流道的最宽处为8mm，最细处宽度为0.3mm。每个流体流道的流动方向不一样，相邻的两个流体流道的流动方向相反，相邻的三个流体流道，第一个和第三个流体流道的流动方向为上支架-石英-下支，第二个流体流道流动方向则为下支架-石英-上支架。
增益介质4采用两片YAG晶体，两片YAG晶体和两片石英窗口3固定在一起。其排列方式为石英窗口-YAG晶体-YAG晶体-石英窗口，形成主流体流道，晶体与晶体之间、晶体与窗口之间形成宽0.3mm的流道狭缝，与支架的流体流道对接最终形成完整的流体流道。泵浦源的光通过石英窗口进入浸入式液冷固体激光器增益池，激发YAG晶体产生粒子束反转，激光沿YAG晶体长向以“V”字形路线多次折叠往复震荡并产生激光。
上支架1的下表面和下支架2的上表面设有若干凹槽6，增益介质4和石英窗口3与凹槽6嵌入配合，且上支架1和下支架2通过增益介质4和石英窗口3相互对接。
增益池通过液体进出孔A通以冷却液体，冷却液体流经流体流道5，通过冷却液体的循环流动将增益池内产生的热量排除。
所采用的冷却液体选用808nm和1064nm光透过率均达到98.5%以上，折射率处于1.45-1.47之间，流动性好、热导率高的一种复合液体。前后两个端盖板，主要起到支撑和密封流道作用，上支架1、下支架2、增益介质4和石英窗口3连接并固定，且与上支架1、下 支架2、增益介质4和石英窗口3之间加以密封垫对流体流道进行密封。
Claims (10)
1.一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器增益池，其特征在于：增益池由上支架（1）、下支架（2）、石英窗口（3）增益介质（4）以及两端盖板组成。
2.按权利要求1所述增益池，其特征在于：所述上支架（1）和下支架（2）内部包括若干流体流道（5），流体流道（5）的两端分别为入口和出口部分，流体流道（5）的入口呈现由宽缓慢变窄的形状，出口呈现由窄缓慢变宽的形状，其中每个流体流道最宽处可达5-20mm，最细处宽度可达0.1-0.5mm；相邻的两个流体流道（5）的流动方向相反。
3.按权利要求2所述增益池，其特征在于：所述上支架（1）的下表面和下支架（2）的上表面设有若干凹槽（6），增益介质（4）和石英窗口（3）与凹槽（6）嵌入配合，且上支架（1）和下支架（2）通过增益介质（4）和石英窗口（3）相互对接。
4.按权利要求1所述增益池，其特征在于：所述增益介质（4）为固体激光增益介质。
5.按权利要求4所述增益池，其特征在于：所述固体激光增益介质为YAG晶体、陶瓷、钕玻璃。
6.按权利要求1所述增益池，其特征在于：所述增益介质（4）为片状。
7.按权利要求1所述增益池，其特征在于：所述石英窗口（3）为片状。
8.按权利要求1所述增益池，其特征在于：增益介质（4）和石英窗口（3）排列嵌入上支架（1）和下支架（2）的凹槽内，相互之间形成主流体流道，主流体流道与上支架（1）和下支架（2）的流体流道（5）入口或出口部分对接，形成完整流体流道。
9.按权利要求1所述增益池，其特征在于：所述两端盖板是将上支架（1）、下支架（2）、增益介质（4）和石英窗口（3）连接并固定，且与上支架（1）、下支架（2）、增益介质（4）和石英窗口（3）之间加以密封垫对流体流道进行密封。
10.一种新型二极管泵浦浸入式液冷固体激光器，其特征在于：其由泵浦源、增益池和光腔构成，增益池为激光器的主体，流体流道（5）通以冷却液体，上支架（1）和下支架（2）的流体流道（5）入口或出口部分的设计使流体在增益介质（4）和石英窗口（3）处形成层流，泵浦产生的热量通过流体流动带走。
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