CN105388549B - 一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，该方案包括有激光扩束器、锥形池、冷却水管道和支撑部件；锥形池的锥端设置在支撑部件上；激光扩束器设置在锥形池的底面；冷却水管道设置在支撑部件和锥形池之间；锥形池内注入有吸收液体。该方案对高能激光吸收稳定、可靠、安全，适用范围广，可以长时间连续使用。
Description
技术领域
本发明涉及的是激光器应用领域，尤其是一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置。
背景技术
自1960年第一台激光器问世以来，激光技术（尤其是高功率激光）获得了极大的发展，广泛应用于工业、医疗、科研、国防等领域。随着激光器功率的不断提高，激光安全问题也越来越受到人们的重视。高功率激光作用于人体，轻则导致局部的皮肤烧伤，重则致盲。针对激光安全，世界各国都出台了许多标准，指导激光使用人员如何安全操作激光，特别是高能激光。
在激光的使用过程中，根据实际情况可能需要随时停止激光输出。一般通过光路中布设光闸将激光束导入激光吸收装置中来实现，而无需停止激光器的电流供应。因此，激光吸收装置在高功率激光的应用领域发挥着极其重要的作用。现有的激光吸收装置普遍采用的是一种金属锥形能量杯的结构，激光直接作用于金属杯体产生吸收，这样会产生的典型问题是激光作用的金属表面容易被打坏，同时产生粉尘对光学器件造成损坏。因此，需要开发出一种基于新的吸收机理的高能激光吸收装置。
液体对某些激光具有较强的吸收作用，如纯水对波长为1064nm附近的激光具有较强的吸收作用，吸收系数为0.17cm-1，根据比尔定律可以算出1064nm激光在水中传播20cm后，96%的功率都会被水吸收。美国专利号US7027479B2公开了一种基于液体吸收的激光吸收体，所述吸收体是一个方形的液体容器，其机理是液体的光吸收作用，这是一种新的激光吸收思路。但是对于这样的一种方形装置，若吸收体对光的吸收不够充分，会导致大量的激光会通过反射溢出吸收体，对周围器件造成光老化影响。另外，在高功率的千瓦甚至万瓦激光作用下，由于液体初段吸收激光功率较多而造成整个吸收体的温度分布不均，液体会被迅速加热至沸腾，存在潜在的液体溢出、吸收体炸裂等不安全隐患。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置的技术方案，该方案对高能激光吸收稳定、可靠、安全，适用范围广，可以长时间连续使用。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，包括有激光扩束器、锥形池、冷却水管道和支撑部件；锥形池的锥端设置在支撑部件上；激光扩束器设置在锥形池的底面；冷却水管道设置在支撑部件和锥形池之间；锥形池内注入有吸收液体。
作为本方案的优选：冷却水管道紧贴锥形池，形状为V形。
作为本方案的优选：锥形池上设置有温度测量装置；温度测量装置能够实时监测锥形池内吸收液体的温度。
作为本方案的优选：锥形池的锥面锥角为5°至85°。
作为本方案的优选：锥形池的侧壁上设置有液体进出口；液体进出口上设置有泄压阀。
作为本方案的优选：温度测量装置设置在液体进出口内。
作为本方案的优选：锥形池、冷却水管道和支撑件的材质为铜或者钨铜。
作为本方案的优选：锥形池的内表面上设置有阶梯槽，阶梯槽的数量为10个到50个。
作为本方案的优选：激光扩束器的出光端与锥形池通过螺纹固定连接。
作为本方案的优选：激光扩束装置由入射窗口、出射窗口、凹透镜和凸透镜组成。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中高能激光经过激光扩束器放大后直接照射到锥形池内的吸收液体上，吸收液体对激光有较强的吸收作用；盛装吸收液体的容器是锥形结构，内壁对激光具有反射作用以增加吸收长度，锥形结构能防止激光泄漏，确保激光被完全吸收；吸收液体的热能通过自然对流和热传导的方式传递给冷却水管道，并被冷却水管道中的循环冷却水带走，降低温度。由于采用了密闭的液体作为吸收体，有效地杜绝了激光作用过程中产生粉尘而对环境和光学器件造成破坏。本发明对高能激光吸收稳定、可靠、安全，适用范围广，可以长时间连续使用。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为激光扩束器的结构示意图。
图3为锥形池内壁的结构示意图。
图中，1为激光扩束器，2为锥形池，3为液体进出口，4为泄压阀，5为温度测量装置，8为冷却水管道，10为支撑部件，11为凹透镜，12为凸透镜，13为入射窗口，14为出射窗口，18为阶梯槽。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图所示，本方案包括有激光扩束器、锥形池、冷却水管道和支撑部件；锥形池的锥端设置在支撑部件上；激光扩束器设置在锥形池的底面；冷却水管道设置在支撑部件和锥形池之间；锥形池内注入有吸收液体。冷却水管道紧贴锥形池，形状为V形。锥形池上设置有温度测量装置；温度测量装置能够实时监测锥形池内吸收液体的温度。锥形池的锥面锥角为5°至85°。锥形池的侧壁上设置有液体进出口；液体进出口上设置有泄压阀。温度测量装置设置在液体进出口内。激光扩束器与锥形池的连接处设置有密封圈。锥形池的内表面上设置有阶梯槽，阶梯槽的数量为10个到50个。激光扩束器的出光端与锥形池通过螺纹固定连接。激光扩束装置由入射窗口、出射窗口、凹透镜和凸透镜组成。锥形池、冷却水管道和支撑件的材质为铜或者钨铜。
本方案中，激光扩束器能够将高能激光的束腰直径放大5到10倍，从而降低了吸收液体中的功率密度，避免液体局部过热，同时有效提高吸收效率。锥形池内壁抛光，未吸收完全的激光被多次反射进液体中，以保证激光被完全吸收，锥形结构能够防止激光原路返回。温度检测装置能够实时监测吸收液体的温度，防止吸收液体过热；泄压阀既能够防止吸收液体流出，又能够在吸收液体温度较高时，锥形池内压力较大时，排出一部分液体，减少池内压力。冷却水管道，紧密贴合锥形池，能够将锥形池内的热量带走。
激光扩束器中的凹透镜和凸透镜是共焦的，这种组合方式可让进出激光的方向保持一致。激光扩束器过连接件上的内螺纹与锥形池上的外螺纹连接。
锥形池内表面上设置有阶梯槽，阶梯槽均匀分布在锥形池内壁，并从开口处延伸到顶部，阶梯槽的数量为10到50个，通过设置阶梯槽可以有效地增加激光吸收液体的冷却面积，提高冷却效率。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (8)
1.一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：包括有激光扩束器、锥形池、冷却水管道和支撑部件；所述锥形池的锥端设置在支撑部件上；所述激光扩束器设置在锥形池的底面；所述冷却水管道设置在支撑部件和锥形池之间；所述锥形池内注入有吸收液体；所述锥形池的内表面上设置有阶梯槽，阶梯槽的数量为10个到50个；所述锥形池上设置有温度测量装置；所述温度测量装置能够实时监测锥形池内吸收液体的温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述冷却水管道紧贴锥形池，形状为V形。
3.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述锥形池的锥面锥角为5°至85°。
4.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述锥形池的侧壁上设置有液体进出口；所述液体进出口上设置有泄压阀。
5.根据权利要求4所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述液体进出口内设置有温度测量装置。
6.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述锥形池、冷却水管道和支撑件的材质为铜或者钨铜。
7.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述激光扩束器的出光端与锥形池通过螺纹固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于液体吸收的主动冷却高能激光吸收装置，其特征是：所述激光扩束装置由入射窗口、出射窗口、凹透镜和凸透镜组成。
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