CN105207045A - 一种片状激光放大器的热畸变补偿装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，包括温控机构和增益介质，所述的温控机构与所述的增益介质间填充导热硅脂；所述的温控机构包括环形热沉铜块、加热器和绝热体，所述的环形热沉铜块的孔径与增益介质的口径相适配，所述的加热器固定在环形热沉铜块内，所述的绝热体加热器固定在环形热沉铜块的周缘。本发明结构简单、易于装配、通用性高、适用各种激光能量和光斑尺寸的片状激光放大器的热畸变补偿，提高了片状激光放大器的热管理效果，并能进行实时调节，可以减小片状激光放大器在重复频率运行时的热波前畸变，补偿效果好。
Description
技术领域
本发明属于一种补偿装置，具体涉及一种片状激光放大器的热畸变补偿装置。
背景技术
在片状钕玻璃固体激光系统中，由于在激光材料中普遍存在量子亏损、激发态吸收、浓度淬灭、频率上转换等物理过程，一部分泵浦能量转化为热能沉积在介质内部，致使介质温度升高，而常规意义下的散热又要求对介质表面进行冷却，这使得激光材料内部产生了温度梯度和热应力、热应变，因而产生一系列热效应，由于钕玻璃热导率低，同时固体激光系统重复频率运行更会造成热效应的累积，会对激光系统的性能造成严重影响，一是光束质量的破坏，二是系统效率的降低，三是热应力导致介质断裂的风险，制约了泵浦功率的提高，影响了激光输出能量和重复频率的提高。
通常情况下，利用高效率的冷却技术进行散热，同时结合热效应补偿技术可以抑制由于热效应引起的光学畸变。对于热致波前畸变，目前有变形镜、折射率匹配冷却液等措施。尽管以上的热效应补偿技术都能取得一定的效果，但都具备不完善之处，如变形镜的价格昂贵补偿能力有限，折射率匹配配置困难等，同时也增加了片状激光放大器系统结构的复杂性。
综上，目前片状钕玻璃激光放大器热畸变这一现象还面临着补偿效果差，通用性低，调节难度大等一系列问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述片状激光放大器中热畸变补偿技术的不足，提出一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，以实现片状激光放大器较高重复频率的高功率激光输出。
本发明的技术解决方案如下：
一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，所述的热畸变补偿装置安装在钕玻璃增益介质的外侧，其特征在于，所述的热畸变补偿装置包括温控机构，所述的温控机构与所述的钕玻璃增益介质间填充导热硅脂，进而减小两者间的接触热阻。
所述的温控机构包括环形热沉铜块、加热器和绝热体。所述的环形热沉铜块的孔径与增益介质的口径相适配，所述的加热器固定在环形热沉铜块内，所述的绝热体加热器固定在环形热沉铜块的周缘。
所述的温控机构的温度控制范围为15℃～200℃。
所述的加热器连接有温度控制和反馈装置。
所述的绝热体所用的材料为聚四氟乙烯。
所述的加热器为热流道加热器。
本发明的优点在于：
1、本发明通用性高，适用于各种激光能量和光斑尺寸的片状激光放大器的热畸变补偿。
2、本发明采用热流道加热器，具有功率分布均匀合理、质量稳定、具有良好的弯曲性和卷绕性和使用寿命长的优点，控制精度为±0.1℃，可以实现对增益介质边缘精确的温度控制。
3、本发明采用聚四氟乙烯作为绝热体，可以有效隔绝环形热沉铜块传热对外部器件的影响。
附图说明
图1是本发明结构示意图，图1(a)为正视图，图1(b)为测试图。
图2是利用本发明进行热畸变补偿的光路图。
图3是热畸变补偿前后分布图。
图4是不同温度下补偿效果曲线图。
其中：
1增益介质2温控机构2-1环形热沉铜块
2-2加热器2-3绝热体3温度控制和反馈装置4泵浦光
5探测光6缩束透镜组7波前传感器8高速氦气
9铝制叶片
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
先请参阅图1，包括：增益介质1、温控机构2、环形热沉铜块2-1、加热器2-2、绝热体2-3、温控控制盒反馈装置3，其中：温控机构与钕玻璃增益介质间填充导热硅脂，本实施例中增益介质1为钕玻璃。
所述的温控机构2包括环形热沉铜块2-1、加热器2-2和绝热体2-3。所述的环形热沉铜块2-1的孔径与增益介质1的口径相适配。所述的加热器2-2固定在环形热沉铜块2-1内，所述的绝热体2-3安装在环形热沉铜块2-1的周缘。
所述的温控机构2的温度控制范围为20℃～200℃。
所述的加热器2-2连接有温度控制和反馈装置3。
所述的绝热体2-3所用的材料为聚四氟乙烯。
所述的加热器2-2为热流道加热器。
参见图2，将本发明安装在铝制叶片9中，钕玻璃的掺杂浓度为2.0wt％，硬边口径为55mm×55mm，厚度为1cm，高速氦气8经过钕玻璃增益介质表面，将钕玻璃增益介质沉积的废热带走，高速氦气8的气流速度达到100m/s，压强为4atm。泵浦光4对钕玻璃进行端面泵浦，泵浦光4的中心波长为802nm，泵浦光斑大小为43mm×43mm，泵浦光4的平均功率为36W，泵浦光4被钕玻璃全部吸收。探测光5中心波长为1053nm，探测光5经过钕玻璃、缩束透镜组6后进入波前传感器7，可利用波前传感器7测得钕玻璃的热致波前畸变。
参见图3和图4，改变钕玻璃外侧的温控机构2的温度，由20℃加热至70℃，对钕玻璃增益介质产生的热畸变进行补偿。未加热条件下，钕玻璃片产生的热畸变分布如图3(a)所示，补偿后钕玻璃产生的热畸变分布如图3(b)所示。可以看出，图3(b)中热畸变图样远比图3(a)平滑许多，与此对应，由温度导致的折射率变化将减小，热畸变得以补偿。图4为不同温度下，钕玻璃增益介质热畸变的补偿随温度变化的情况，由图可知，随着温度升高，补偿效果更加明显。
Claims (5)
1.一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，其特征在于，包括温控机构和增益介质，所述的温控机构与所述的增益介质间填充导热硅脂；所述的温控机构包括环形热沉铜块、加热器和绝热体，所述的环形热沉铜块的孔径与增益介质的口径相适配，所述的加热器固定在环形热沉铜块内，所述的绝热体加热器固定在环形热沉铜块的周缘。
2.根据权利要求1所述的一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，其特征在于所述的加热器外接有温度控制和反馈装置。
3.根据权利要求1所述的一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，其特征在于，所述的增益介质为钕玻璃或其他晶体。
4.根据权利要求1所述的一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，其特征在于，所述的加热器为热流道加热器。
5.根据权利要求1所述的一种片状激光放大器的热畸变补偿装置，其特征在于，所述的绝热体所用材质为聚四氟乙烯。
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| CN201510680936.8A CN105207045A (zh) | 2015-10-19 | 2015-10-19 | 一种片状激光放大器的热畸变补偿装置 |
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