CN104953454A - 一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置 - Google Patents

Abstract

一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，本发明属于脉冲氙灯泵浦激光器散热和聚光的技术领域。它的上散热器下端面的中部位置开有半椭圆反光面，上散热器除下端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片；下散热器的上端面上开有第一圆底反光形安装槽和第二圆底反光形安装槽，下散热器除上端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片；上散热器的下端面对齐盖在下散热器的上端面上，并通过两块连接盖板固定连接，使第一圆底反光形安装槽的轴心线和第二圆底反光形安装槽的轴心线分别处在半椭圆反光面的两个焦点轴线上。本发明能使脉冲氙灯泵浦的固体激光器实现风冷散热，且其散热和聚光系统小型化。

Description

一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置

技术领域

本发明属于脉冲氙灯泵浦激光器散热和聚光的技术领域。

背景技术

脉冲氙灯泵浦的固体激光器，最大的优点是输出能量高，结合调Q的技术手段，还可获得小于10ns的脉冲宽度，使得峰值功率通常可以达到MW水平以上，此性能指标特别适合用于目前新兴的利用激光进行汽车发动机或火箭发动机点火等领域。然而，脉冲氙灯泵浦的固体激光器由于产生的热量较多，通常采用水冷方式散热，其依赖体积庞大的水冷循环机和冗杂的水冷管线，使得激光器难以小型化，而在激光点火领域，处于对系统安全性、可靠性、稳定性等因素的考虑，除激光器要小型化外，还要求抛弃水冷手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，是为了解决现有脉冲氙灯泵浦的固体激光器采用水冷方式散热所带来的激光器系统难以小型化的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，它包括上散热器1、下散热器2、两块连接盖板3；

所述上散热器1下端面的中部位置开有半椭圆反光面1-1，上散热器1除下端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片1-2；下散热器2的上端面上开有第一圆底反光形安装槽2-1和第二圆底反光形安装槽2-2，下散热器2除上端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片2-2；上散热器1的下端面与下散热器2的上端面大小形状相等，上散热器1的下端面对齐盖在下散热器2的上端面上，并通过两块连接盖板3固定连接，每块连接盖板3上都设置有用于镶嵌固定脉冲氙灯的第一通孔3-1和用于镶嵌固定激光晶体的第二通孔3-2；使半椭圆反光面1-1的轴心线与第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线和第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线互相平行，使第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线和第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线分别处在半椭圆反光面1-1的两个焦点轴线上，使第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线与第一通孔3-1的轴心线重合，使第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线与第二通孔3-2的轴心线重合。

本发明能使脉冲氙灯泵浦的固体激光器的散热系统小型化；通过激光器风冷散热及聚光腔一体化装置加以一定的加工技术，实现了风冷散热的灯泵激光器，具有小型化的特点。经测试，在脉冲氙灯泵浦电压800V下，脉冲重复频率分别为1Hz、3Hz和5Hz时，5分钟内装置温度分别稳定在48℃、62℃和72℃，单脉冲峰值功率分别为18MW、12MW和7MW。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1中上散热器1与下散热器2连接后的立体结构示意图

图3是图1中下散热器2的立体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3所示，它包括上散热器1、下散热器2、两块连接盖板3；

所述上散热器1下端面的中部位置开有半椭圆反光面1-1，上散热器1除下端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片1-2；下散热器2的上端面上开有第一圆底反光形安装槽2-1和第二圆底反光形安装槽2-2，下散热器2除上端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片2-2；上散热器1的下端面与下散热器2的上端面大小形状相等，上散热器1的下端面对齐盖在下散热器2的上端面上，并通过两块连接盖板3固定连接，每块连接盖板3上都设置有用于镶嵌固定脉冲氙灯的第一通孔3-1和用于镶嵌固定激光晶体的第二通孔3-2；使半椭圆反光面1-1的轴心线与第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线和第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线互相平行，使第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线和第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线分别处在半椭圆反光面1-1的两个焦点轴线上，使第一圆底反光形安装槽2-1的轴心线与第一通孔3-1的轴心线重合，使第二圆底反光形安装槽2-2的轴心线与第二通孔3-2的轴心线重合。

所述上散热器1的材质和下散热器2的材质都为紫铜。

所述半椭圆反光面1-1为镀金反光面，其镀金层厚度在3-5μm，镀层后表面光洁度达到Ra0.2；实现能对800-820nm波段的光反射率大于98%。

所述第一圆底反光形安装槽2-1和第二圆底反光形安装槽2-2的槽底面为镀金反光面，其镀金层厚度在3-5μm，镀层后表面光洁度达到Ra0.2；实现能对800-820nm波段的光反射率大于98%。

所述上散热器1的散热肋片1-2的肋片厚为1mm，肋片间间隙宽度为1mm；下散热器2的散热肋片2-3的肋片厚为1mm，肋片间间隙宽度为1mm。

制作工艺和工作原理：

所述半椭圆反光面1-1的制作工艺：

步骤一、机床加工出半椭圆面的几何形状。

步骤二、清洁后用800号砂纸打磨该半椭圆面。

步骤三、清洁后用2000号砂纸打磨该半椭圆面。

步骤四、清洁后用装有羊毛抛光钻头的电钻抛光该半椭圆面。

步骤五、使用超声波清洗器和无尘擦拭纸清洁表面。

所述半椭圆反光面1-1、第一圆底反光形安装槽2-1和第二圆底反光形安装槽2-2金度层的工艺：

步骤一、抛光并用超声波清洗器和无尘擦拭纸清洁紫铜表面。

步骤二、使用装有金靶的离子溅射仪对表面进行镀金，镀金有效时长根据所用的离子溅射仪溅射速度所定，最终镀层厚度达到3-5μm。每溅射10分钟需要保持零件处于真空状态的溅射腔内冷却至少5分钟。

步骤三、溅射完成后保持零件处于真空状态的溅射腔内冷却至50度以下，再取出零件。

步骤四、如果表面边沿发黑，使用无尘擦拭纸沾无水乙醇擦净。

使用方法：脉冲氙灯的两端分别镶嵌固定在两块连接盖板3上的用于镶嵌固定脉冲氙灯的第一通孔3-1内，脉冲氙灯的中部设置在第一圆底反光形安装槽2-1内，并与下散热器2导热接触；激光晶体的两端分别镶嵌固定在两块连接盖板3上的用于镶嵌固定激光晶体的第二通孔3-2内，激光晶体的中部设置在第二圆底反光形安装槽2-2内，并与下散热器2导热接触；通过上散热器1下端面上的半椭圆反光面1-1的半椭圆面反光达到聚光效果。

Claims (4)

1.一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，其特征在于它包括上散热器（1）、下散热器（2）、两块连接盖板（3）；

所述上散热器（1）下端面的中部位置开有半椭圆反光面（1-1），上散热器（1）除下端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片（1-2）；下散热器（2）的上端面上开有第一圆底反光形安装槽（2-1）和第二圆底反光形安装槽（2-2），下散热器（2）除上端面的其它端面上都设置有用于散热的散热肋片（2-2）；上散热器（1）的下端面与下散热器（2）的上端面大小形状相等，上散热器（1）的下端面对齐盖在下散热器（2）的上端面上，并通过两块连接盖板（3）固定连接，每块连接盖板（3）上都设置有用于镶嵌固定脉冲氙灯的第一通孔（3-1）和用于镶嵌固定激光晶体的第二通孔（3-2）；使半椭圆反光面（1-1）的轴心线与第一圆底反光形安装槽（2-1）的轴心线和第二圆底反光形安装槽（2-2）的轴心线互相平行，使第一圆底反光形安装槽（2-1）的轴心线和第二圆底反光形安装槽（2-2）的轴心线分别处在半椭圆反光面（1-1）的两个焦点轴线上，使第一圆底反光形安装槽（2-1）的轴心线与第一通孔（3-1）的轴心线重合，使第二圆底反光形安装槽（2-2）的轴心线与第二通孔（3-2）的轴心线重合。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，其特征在于所述上散热器（1）的材质和下散热器（2）的材质都为紫铜。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，其特征在于所述半椭圆反光面（1-1）为镀金反光面，其镀金层厚度在3-5μm，镀层后表面光洁度达到Ra0.2；所述第一圆底反光形安装槽（2-1）和第二圆底反光形安装槽（2-2）的槽底面为镀金反光面，其镀金层厚度在3-5μm，镀层后表面光洁度达到Ra0.2。

4.根据权利要求1所述的一种脉冲氙灯泵浦激光器的风冷散热和聚光一体化装置，其特征在于所述上散热器（1）的散热肋片（1-2）的肋片厚为1mm，肋片间间隙宽度为1mm；下散热器（2）的散热肋片（2-3）的肋片厚为1mm，肋片间间隙宽度为1mm。