CN105161966B - 强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置 - Google Patents

Abstract

强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，它涉及一种大口径晶体倍频转换装置，以解决现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题，它包括仰卧微驱动机构和偏摆微驱动机构；它还包括箱体、总进水管、总回水管、恒温水箱、控制阀、大口径晶体倍频机构和两个风扇；箱体包括第一箱体、第二箱体、侧壁端盖和透光端盖，第一箱体和第二箱体的结构相同，第一箱体和第二箱体均为两端敞口的箱体，大口径晶体倍频机构安装在第一箱体和第二箱体相交处的内腔中，箱体的竖向内壁上安装有相对设置的两个风扇，所述空腔矩形框体内开设有箱体温控流道。本发明用于实现高通量大口径激光的倍频转换。

Description

强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置

技术领域

本发明涉及一种大口径晶体倍频转换装置，具体涉及一种强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，它是一种通过恒温循环水作为热源共同加热密封腔体，同时采用强制对流的方式消除腔体内存在的温度差以维持大口径晶体具有较高温度控制精度的装置。

背景技术

倍频转换技术是获得某一固定波长激光的重要方法，主要通过晶体如KDP、DKDP、ADP等的倍频效应来得到，经文献检索，申请号为201310156653.4的中国发明专利申请提出了一种混频晶体四维高精度调整机构，该机构采用了仰卧姿态调整机构和偏摆姿态调整机构实现混频晶体框的调整，申请号为201310156389.4的中国发明专利申请提出了一种内置式高通量大口径激光频率转换装置，该转换装置采用了与上述发明申请的仰卧姿态调整机构和偏摆姿态调整机构相同结构的偏摆微驱动机构和仰卧微驱动机构，实现了混频调角及移动组件的二维调整。

但是，由于晶体具有较高的温度敏感度，在较小的温度变化下就能大幅度降低晶体的倍频效率，因此对晶体需要进行高精度的温度控制。在许多领域，大光束高频率激光的需求越来越迫切，同时，90°非临界相位匹配技术因为其具有较大的有效非线性光学系数、较小的相位匹配角灵敏度、没有光学走离和利用率高等优势而得到越来越多的应用，而90°非临界相位匹配技术的主要实现条件就是保证晶体工作在某一确定的温度条件下。目前，针对小晶体的温度控制技术比较成熟，装置也已经商品化，但是，如前所述，由于对大口径晶体的温度控制精度控制提出了越来越高的要求，而现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题。

发明内容

本发明是为解决现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题，进而提供一种强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置。

本发明的技术方案是：强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置包括仰卧微驱动机构和偏摆微驱动机构；它还包括箱体、总进水管、总回水管、恒温水箱、控制阀、大口径晶体倍频机构和两个风扇；

箱体包括第一箱体、第二箱体、侧壁端盖和透光端盖，第一箱体和第二箱体的结构相同，第一箱体和第二箱体均为两端敞口的箱体，第一箱体和第二箱体同轴固接，大口径晶体倍频机构安装在第一箱体和第二箱体相交处的内腔中，箱体的竖向内壁上安装有相对设置的两个风扇，风扇的风头朝向箱体的上端；

第一箱体为空腔矩形框体，密封端盖安装在第一箱体的敞口端，透光端盖安装在第二箱体的敞口端，所述空腔矩形框体内开设有箱体温控流道；

总进水管上安装有控制阀，总进水管和总回水管的一端分别与恒温水箱连接，总进水管的另一端分别与第一箱体和第二箱体上的第一进水口连接，总出水管的另一端分别与第一箱体和第二箱体上的出水口连接；第一进水口、箱体温控流道和出水口贯通；

大口径晶体倍频机构包括第一框体、第二框体、第三框体、内框和晶体组件，第一框体、第二框体和第三框体顺着光射方向依次连接，第二框体在水平方向设有与第一框体连接的偏摆转动连接副，偏摆微驱动机构穿过第一框体并与第二框体的上部或下部连接，偏摆微驱动机构通过偏摆转动连接副实现第二框体的竖向摆动，内框安装在第二框体内，内框和第二框体在竖直方向设有仰卧转动连接副，仰卧微驱动机构穿过第一框体并与内框的下端连接，仰卧微驱动机构通过仰卧转动连接副实现内框的水平摆动，晶体组件可滑动插装在第三框体内。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置是将光学元件晶体放在一种带有恒温水控制的箱体内进行加热的装置，将晶体组件、仰卧微驱动机构以及偏摆微驱动机构等放置在箱体内，箱体开设有箱体温控流道，通过恒温水的循环流动来加热壁面，通过恒温水的循环流动加热晶体达到所需要的温度。控制方式比较简单，可以达到晶体所需的任何温度，风扇朝向箱体上方已形成强制对流，通过强制对流方式可以消除密闭腔体内空气产生的温度差而造成晶体温度分布不均，所设计的温控腔体既保证晶体所需的温度梯度要求同时又可以通过大光束激光。本发明通过控制恒温水箱内水的温度控制晶体的温度，本发明控制精度高并安全易于操作的优点。本发明具有操作方便，易于拆卸且控制精度高等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是第一箱体和第二箱体的轴测图，图3是图2的主视图，图4是图3在A-A处的剖视图，图5是图3在B–B处的剖视图，图6是倍频转换主体示意图，图7是晶体组件的主视图，图8是晶体框水路剖视图，图9是侧壁端盖示意图，图10是矩形框体的局部剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图10说明，本实施方式的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置包括仰卧微驱动机构15和偏摆微驱动机构16；它还包括箱体1、总进水管4、总回水管6、恒温水箱5、控制阀3、大口径晶体倍频机构和两个风扇18；

箱体1包括第一箱体9、第二箱体10、侧壁端盖13和透光端盖14，第一箱体9和第二箱体10的结构相同，第一箱体9和第二箱体10均为两端敞口的箱体，第一箱体9和第二箱体10同轴固接，大口径晶体倍频机构11安装在第一箱体9和第二箱体10相交处的内腔中，箱体1的竖向内壁上安装有相对设置的两个风扇18，风扇18的风头朝向箱体1的上端；

第一箱体9为空腔矩形框体，密封端盖13安装在第一箱体9的敞口端，透光端盖14安装在第二箱体10的敞口端，所述空腔矩形框体内开设有箱体温控流道9-3；总进水管4上安装有控制阀3，总进水管4和总回水管6的一端分别与恒温水箱5连接，总进水管4的另一端分别与第一箱体9和第二箱体10上的第一进水口1-1连接，总出水管6的另一端分别与第一箱体9和第二箱体10上的出水口1-2连接；第一进水口1-1、箱体温控流道9-3和出水口1-2贯通；

大口径晶体倍频机构11包括第一框体11-3、第二框体11-4、第三框体11-5、内框11-6和晶体组件11-7，第一框体11-3、第二框体11-4和第三框体11-5顺着光射方向依次连接，第二框体11-4在水平方向设有与第一框体11-3连接的偏摆转动连接副，偏摆微驱动机构16穿过第一框体11-3并与第二框体11-4的上部或下部连接，偏摆微驱动机构16通过偏摆转动连接副实现第二框体11-4的竖向摆动，内框11-6安装在第二框体11-4内，内框11-6和第二框体11-4在竖直方向设有仰卧转动连接副，仰卧微驱动机构15穿过第一框体11-3并与内框11-6的下端连接，仰卧微驱动机构15通过仰卧转动连接副实现内框11-6的水平摆动，晶体组件11-7可滑动插装在第三框体11-5内。

本实施方式通过恒温水箱5来提供恒温水，进水水流控制阀3为密闭腔壁和晶体框分配恒温水流量。

本实施方式的晶体组件11-7上设有管状循环水路即晶体温控流道，在水路的端头采用螺栓和密封圈进行密封，同时晶体组件上安装有轴承，能够在第三框体11-5中的滑道内滑动并通过卡槽来进行定位，滑道上安装有轴承，通过滑动与晶体框的卡槽进行定位。

本实施方式中侧壁端盖13上安装有航插，可以保证电及温度信号的输入输出并且不影响散热效果。

本实施方式总进水管3上设置进水管接头2，总回水管6设置第二回水管接头8，进水管接头2分别与第一箱体9和第二箱体10上的第一进水口1-1连接，第二回水管接头8分别与第一箱体9和第二箱体10上的出水口1-2连接。

本实施方式的透光端盖14通过焊接的方式固定安装在第二箱体10的敞口端。结构更加牢固。

风扇倾斜布置的角度为45°，风扇朝向箱体上方已形成强制对流。

本实施方式中的仰卧微驱动机构15和偏摆微驱动机构16均为现有技术。

具体实施方式二：结合图10说明，本实施方式的箱体温控流道9-3包括主进水流道9-3-1、主出水流道9-3-2和多个分流道9-3-3，主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2由上至下开设在矩形框体9-1一个侧壁的框体壁内，多个分流道9-3-3沿矩形框体9-1的径向方向开设，多个分流道9-3-3的一端与主进水流道9-3-1连通，多个分流道9-3-3的另一端与主出水流道9-3-2连通。如此设置，能够保证各个循环水道水量相同，保证箱体壁温度均匀。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图5说明，本实施方式的第一箱体9包括右盖板9-1-1、左盖板9-1-2、上部外板9-1-3、下部外板9-1-4、上部内板9-1-5和下部内板9-1-6，上部内板9-1-5和下部内板9-1-6平行相对设置，右盖板9-1-1和左盖板9-1-2分别固定安装在上部内板9-1-5和下部内板9-1-6的左右两端组成一个矩形框，上部外板9-1-3和下部外板9-1-4分别固定安装在上部内板9-1-5和下部内板9-1-6的外侧壁上。如此设置，在密封的条件下实现开设有具体实施方二中的箱体温控流道9-3的矩形框体9-1。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图5说明，本实施方式的主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2均开设在上部外板9-1-3或下部外板9-1-4上，主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2与上部内板9-1-5或下部内板9-1-6组成一个封闭的流道。如此设置，便于组成完整的箱体温控流道9-3，而且还能实现在矩形框体9-1上开设主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2的目的。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图10说明，本实施方式的主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2的横截面均为变截面，主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2上下设置，且拼接后组成矩形。主进水流道9-3-1和主出水流道9-3-2可均为三角形流道。如此设置，能够保证各个循环水道水量相同，保证箱体壁温度均匀，而且便于保证进水的压力更加均匀，回水更加顺畅。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图5和图10说明，本实施方式的右盖板9-1-1、左盖板9-1-2、上部外板9-1-3和下部外板9-1-4上均开设有多个分流道9-3-3。如此设置，易于实现。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：结合图1、图4和图8说明，本实施方式的大口径晶体倍频机构11还包括密封端盖11-8和端盖密封圈11-9，密封端盖11-8通过端盖密封圈11-9安装在的箱体9的外壁上，晶体组件11-7上设有晶体温控流道11-10，晶体组件11-7上设有晶体温控流道11-10，且晶体温控流道11-10上的第二进水口38和回水口39通过密封端盖11-8上的孔与控制阀3和总回水管6连接。如此设置，通过恒温水加热箱体和晶体框以及采用风扇强制对流，来保证大口径晶体温度具有较高面均匀性很，现有的装置无法加热大口径晶体并维持较高的面均匀性效果更好。本实施方式的晶体框的第二进水口38、出水口39与密封端盖11-8上的第三进水口40和第二出水口41用水管连接。晶体框上安有温度传感器以检测晶体框温度，总回水管路6上设置第一回水管接头7，第一回水管接头7分与第二回水管接头8和晶体温控流道11-10内的回水口连接。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：结合图7说明，本实施方式的晶体组件11-7包括晶体框11-7-1、大口径晶体11-7-2、温度传感器11-7-5、多个挡条11-7-3和多个压片11-7-4，温度传感器11-7-5安装在晶体框11-7-1上，大口径晶体11-7-2通过多个挡条11-7-3和多个压片11-7-4安装在晶体框11-7-1上，晶体框11-7-1框体内沿框体横截面开设晶体温控流道11-10。如此设置，温度传感器11-7-5便于检测晶体框11-7-1的温度；框体横截面开设晶体温控流道保证对晶体框11-7-1进行温控，通过温度传感器11-7-5得知晶体框11-7-1的温度，进而通过恒温水箱对晶体框11-7-1进行调温。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图9说明，本实施方式的侧壁端13包括连接法兰9-2-1、侧壁密封圈9-2-2、固定法兰9-2-3、胶圈9-2-4和窗口框9-2-5，固定法兰9-2-3和连接法兰9-2-1通过螺栓连接，窗口框9-2-5倾斜安装在连接法兰9-2-1和固定法兰9-2-3上，窗口框9-2-5与连接法兰9-2-1之间通过侧壁密封圈9-2-2密封连接，窗口框9-2-5与固定法兰9-2-3之间通过胶圈9-2-4密封连接。如此设置，便于连接和密封箱体。其它组成和连接关系与具体实施方式一、五、六、七或八相同。

具体实施方式十：结合图6说明，本实施方式所述装置还包括多个轴承12，多个轴承12水平设置在第三框体11-5内侧壁的插入端，多个轴承12竖直设置在第三框体11-5外侧壁上，晶体组件11-7通过多个轴承12可滑动插装在第三框体11-5内。如此设置，通过滑动的方式与晶体框的卡槽进行定位。其它组成和连接关系与具体实施方式九同。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，它包括仰卧微驱动机构(15)和偏摆微驱动机构(16)；其特征在于：它还包括箱体(1)、总进水管(4)、总回水管(6)、恒温水箱(5)、控制阀(3)、大口径晶体倍频机构(11)和两个风扇(18)；

箱体(1)包括第一箱体(9)、第二箱体(10)、侧壁端盖(13)和透光端盖(14)，第一箱体(9)和第二箱体(10)的结构相同，第一箱体(9)和第二箱体(10)均为两端敞口的箱体，第一箱体(9)和第二箱体(10)同轴固接，大口径晶体倍频机构(11)安装在第一箱体(9)和第二箱体(10)相交处的内腔中，箱体(1)的竖向内壁上安装有相对设置的两个风扇(18)，风扇(18)的风头朝向箱体(1)的上端；

第一箱体(9)为空腔矩形框体，侧壁端盖(13)安装在第一箱体(9)的敞口端，透光端盖(14)安装在第二箱体(10)的敞口端，所述空腔矩形框体内开设有箱体温控流道(9-3)；

总进水管(4)上安装有控制阀(3)，总进水管(4)和总回水管(6)的一端分别与恒温水箱(5)连接，总进水管(4)的另一端分别与第一箱体(9)和第二箱体(10)上的第一进水口(1-1)连接，总回水管(6)的另一端分别与第一箱体(9)和第二箱体(10)上的出水口(1-2)连接；第一进水口(1-1)、箱体温控流道(9-3)和出水口(1-2)贯通；箱体温控流道(9-3)包括主进水流道(9-3-1)、主出水流道(9-3-2)和多个分流道(9-3-3)，主进水流道(9-3-1)和主出水流道(9-3-2)由上至下开设在矩形框体(9-1)一个侧壁的框体壁内，多个分流道(9-3-3)沿矩形框体(9-1)的径向方向开设，多个分流道(9-3-3)的一端与主进水流道(9-3-1)连通，多个分流道(9-3-3)的另一端与主出水流道(9-3-2)连通；

大口径晶体倍频机构(11)包括第一框体(11-3)、第二框体(11-4)、第三框体(11-5)、内框(11-6)和晶体组件(11-7)，第一框体(11-3)、第二框体(11-4)和第三框体(11-5)顺着光射方向依次连接，第二框体(11-4)在水平方向设有与第一框体(11-3)连接的偏摆转动连接副，偏摆微驱动机构(16)穿过第一框体(11-3)并与第二框体(11-4)的上部或下部连接，偏摆微驱动机构(16)通过偏摆转动连接副实现第二框体(11-4)的竖向摆动，内框(11-6)安装在第二框体(11-4)内，内框(11-6)和第二框体(11-4)在竖直方向设有仰卧转动连接副，仰卧微驱动机构(15)穿过第一框体(11-3)并与内框(11-6)的下端连接，仰卧微驱动机构(15)通过仰卧转动连接副实现内框(11-6)的水平摆动，晶体组件(11-7)可滑动插装在第三框体(11-5)内。

2.根据权利要求1所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：第一箱体(9)包括右盖板(9-1-1)、左盖板(9-1-2)、上部外板(9-1-3)、下部外板(9-1-4)、上部内板(9-1-5)和下部内板(9-1-6)，上部内板(9-1-5)和下部内板(9-1-6)平行相对设置，右盖板(9-1-1)和左盖板(9-1-2)分别固定安装在上部内板(9-1-5)和下部内板(9-1-6)的左右两端组成一个矩形框，上部外板(9-1-3)和下部外板(9-1-4)分别固定安装在上部内板(9-1-5)和下部内板(9-1-6)的外侧壁上。

3.根据权利要求2所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：主进水流道(9-3-1)和主出水流道(9-3-2)均开设在上部外板(9-1-3)或下部外板(9-1-4)上，主进水流道(9-3-1)和主出水流道(9-3-2)与上部内板(9-1-5)或下部内板(9-1-6)组成一个封闭的流道。

4.根据权利要求3所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：主进水流道(9-3-1)和主出水流道(9-3-2)的横截面均为变截面，主进水流道(9-3-1)和主出水流道(9-3-2)上下设置，且拼接后组成矩形。

5.根据权利要求4所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：右盖板(9-1-1)、左盖板(9-1-2)、上部外板(9-1-3)和下部外板(9-1-4)上均开设有多个分流道(9-3-3)。

6.根据权利要求1所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：大口径晶体倍频机构(11)还包括密封端盖(11-8)和端盖密封圈(11-9)，密封端盖(11-8)通过端盖密封圈(11-9)安装在第二箱体(10)的外壁上，晶体组件(11-7)上设有晶体温控流道(11-10)，且晶体温控流道(11-10)上的第二进水口(38)和回水口(39)通过密封端盖(11-8)上的孔与控制阀(3)和总回水管(6)连接。

7.根据权利要求6所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：晶体组件(11-7)包括晶体框(11-7-1)、大口径晶体(11-7-2)、温度传感器(11-7-5)、多个挡条(11-7-3)和多个压片(11-7-4)，温度传感器(11-7-5)安装在晶体框(11-7-1)上，大口径晶体(11-7-2)通过多个挡条(11-7-3)和多个压片(11-7-4)安装在晶体框(11-7-1)上，晶体框(11-7-1)框体内沿框体横截面开设晶体温控流道(11-10)。

8.根据权利要求1、4、5、6或7所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：侧壁端盖(13)包括连接法兰(9-2-1)、侧壁密封圈(9-2-2)、固定法兰(9-2-3)、胶圈(9-2-4)和窗口框(9-2-5)，固定法兰(9-2-3)和连接法兰(9-2-1)通过螺栓连接，窗口框(9-2-5)倾斜安装在连接法兰(9-2-1)和固定法兰(9-2-3)上，窗口框(9-2-5)与连接法兰(9-2-1)之间通过侧壁密封圈(9-2-2)密封连接，窗口框(9-2-5)与固定法兰(9-2-3)之间通过胶圈(9-2-4)密封连接。

9.根据权利要求8所述的强制对流下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述装置还包括多个轴承(12)，多个轴承(12)水平设置在第三框体(11-5) 内侧壁的插入端，多个轴承(12)竖直设置在第三框体(11-5)外侧壁上，晶体组件(11-7)通过多个轴承(12)可滑动插装在第三框体(11-5)内。