CN106374325B - 一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量方法技术领域，具体涉及热效应测量技术领域，进一步涉及一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法。该方法简单易行，且测量结果准确，可实现对热沉积百分比的实时监测。该方法的技术方案在于：在激光介质控温系统中，将热电制冷器(TEC)设置于控温炉两端，通过测量流经热电制冷器电流得到制冷功率，将得到的数据和吸收泵浦功率相比，得到热沉积百分比。

Description

一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法
所属技术领域：
本发明涉及测量方法技术领域，具体涉及热效应测量技术领域，进一步涉及一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法。
背景技术：
固体激光器运转过程中，泵浦能量转化为输出激光的同时，部分能量转化为热量并耗散在激光介质中，造成激光介质的热效应。固体激光器发展历程证明：热效应是影响固体激光器件性能进一步提高的关键因素，包括输出功率提高、转化效率提高、光束质量提高等。热效应包括热透镜效应、热致衍射损耗、热退偏效应、以及热损伤。许多方法可以用来补偿或减弱热效应，但难以根除，因此热效应仍需更深入的研究。对热效应的研究，一个关键因子就是耗散到激光介质中的热能量占总的泵浦能量的百分比，即热沉积百分比ξ。能够精确地测得热沉积百分比参数，对热效应的理论研究，以及实际中热效应的补偿和弱化至关重要。目前，人们已经开发出一些方法用来测量热沉积百分比。例如：热计量法、泵浦功率猝灭法、光束歪曲法、以及热感应二次谐波退偏法。热计量法是指通过测量激光介质温度升高反推吸收热量，然而温度升高意味着相关热学参数、光学参数已经改变，导致测量结果存在较大误差。泵浦功率猝灭法是测量谐振腔临界点的泵浦功率，然而临界谐振腔工作性能已经降低，测量结果误差较大。另外，此两种方法均是在确定参数条件下进行测量，激光器系统参数改变，则需重新测量，实际中难以实现对热沉积百分比的实时监测。光束歪曲法和热感应二次谐波退偏法的测量系统都很复杂，且测量系统精度直接影响测量结果的准确性，虽然可以实现实时监测，但反推过程也会带来较大误差。实际中还有一种常用方法是：测量激光介质的热焦距，反推热沉积百分比，然而目前的热焦距测量法本身就存在较大误差，因此反推出来的热沉积百分比也存在着较大的误差，并且测量结果针对确定的系统参数，难以实时监测。
发明内容：
本发明提供一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法，该方法简单易行，且测量结果准确，可实现对热沉积百分比的实时监测。
为了实现本发明的目的，本发明体提供的技术方案是：一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法，在激光介质控温系统中，将热电制冷器(TEC)设置于控温炉两端，通过测量流经热电制冷器电流得到制冷功率，将得到的数据和吸收泵浦功率相比，得到热沉积百分比。
与现有的技术相比：本方法简单易行，且是在激光器正常运转条件下进行测量，测量数据准确，可以实现对热沉积百分比的实时监测。
附图说明：
图1是激光介质控温系统的结构示意图；
图2是流经热电制冷器的电流ITEC和电阻加热功率Ph关系图；
图3是流经热电制冷器的电流ITEC和注入泵浦功率Pp关系图；
图4是热沉积百分比ξ和注入泵浦功率Pp关系图。
附图标记说明如下：
1：紫铜控温炉；2：热电制冷器；3：激光介质或加热电阻；4：冷却系统。
具体实施方式：
下面将通过具体实施例对本发明进行详细地说明。
参见图1，激光介质控温系统，包括控温炉1、热电制冷器2和冷却系统4。
使用时，激光介质3用热导率极高的铟铂材料包裹并置于紫铜制作的介质控温炉1中，由激光介质3作为核心部件制成的固体激光器运转过程中，泵浦能量转化为输出激光的同时，部分能量转化为热量并耗散在激光介质中，造成激光介质的热效应。
本发明的提供的测量方法是，将热电制冷器(TEC)2设置于控温炉1两端，控温炉1直接被热电制冷器2制冷，同时温度被精确控制在室温25℃，控温精度为0.02℃。通过测量流经热电制冷器2的电流得到制冷功率，将得到的数据除以吸收泵浦功率，得到热沉积百分比。
本发明的设计原理是：热电制冷器(TEC)，是根据“帕尔帖效应”制成的半导体器件。帕尔帖效应，即当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热、放热现象。因此，当电流流经热电制冷器的时候，制冷器一端发热，同时另一端制冷。流经热电制冷器的电流正比于制冷器的制冷功率和制热功率，因此可以通过该电流反应激光介质中产生的热量。
下面将通过实验对本发明的方法进行进一步的说明：
为了模拟固体激光器运转过程中激光介质热量的产生，定制了相同尺寸的加热电阻代替实际的激光介质。(为保证模拟条件和实际情况相同，一方面：电阻热导率和激光介质热导率尽量相近；另一方面：加热电阻两接线极尽量靠近电阻边缘部分。)加热电阻用同样的铟铂材料包裹，并以同样的方法安装在控温炉中，且控温系统、冷却系统完全相同(如图1所示)。加热电阻用数字可调直流电源供电，电阻两端电压Uh和流经电阻电流Ih可以从电源数显直接读出，该电压和电流乘积就是电阻的加热功率Ph。实验中将加热电阻的温度也控制在25℃。测量不同加热功率Ph条件下，流经热电制冷器的电流ITEC，测量结果如图2所示。从图中可以看出，在10W的加热功率范围内，热电制冷器的制冷功率和流经热电制冷器的电流ITEC基本上呈线性关系。将加热电阻换成激光介质Nd：GdVO4，测量该激光器实际运转过程中注入泵浦功率Pp和流经热电制冷器的电流ITEC的关系，测量结果如图3所示，结合图2可以得到不同注入泵浦功率Pp条件下激光介质产生的热量，该热量和对应的吸收泵浦功率Pp abs(注入泵浦功率和吸收效率乘积)的比值即为该条件下的热沉积百分比ξ。结果如图4所示，其中方点为热沉积百分比ξ的实际测量结果。
为了验证测量结果的准确性，理论计算了同样运转条件下，该激光器的热沉积百分比，并和实验测量结果进行对比。如图4所示，理论计算结果(实线)和实际测量结果(方点)符合的很好，证明了本方法测量的精确性。

Claims (1)

1.一种高效测量固体激光器中热沉积百分比的方法，其特征在于：在激光介质控温系统中，将热电制冷器（TEC）设置于控温炉两端，通过测量流经热电制冷器电流得到激光介质发热量，将得到的激光介质发热量和吸收泵浦功率相比，得到热沉积百分比；
所述的热沉积百分比为耗散到激光介质中的热能量占总的泵浦能量的百分比；
所述的吸收泵浦功率为注入到激光介质内部的泵浦能量和激光介质对泵浦光吸收效率的乘积。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972037A (zh) * 2006-12-13 2007-05-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 倍频晶体温度梯度补偿法控温装置
CN101017951A (zh) * 2007-02-13 2007-08-15 宁波大学 一种激光棒热透镜效应的补偿方法
CN104733992A (zh) * 2015-04-02 2015-06-24 山西大学 高功率内腔倍频单频激光器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1519039A1 (de) * 2003-09-23 2005-03-30 AVL List GmbH Gütegeschaltener, gepumpter Festkörperlaser
US7843978B2 (en) * 2005-02-04 2010-11-30 Jds Uniphase Corporation Passively Q-switched laser with adjustable pulse repetition rate
US20150303641A1 (en) * 2014-04-17 2015-10-22 Colorado School Of Mines Led pumped laser device and method of use

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1972037A (zh) * 2006-12-13 2007-05-30 中国科学院上海光学精密机械研究所 倍频晶体温度梯度补偿法控温装置
CN101017951A (zh) * 2007-02-13 2007-08-15 宁波大学 一种激光棒热透镜效应的补偿方法
CN104733992A (zh) * 2015-04-02 2015-06-24 山西大学 高功率内腔倍频单频激光器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Heat Generation in Nd:YAG and Yb:YAG;T. Y. Fan;《IEEE Journal oI Quantum Electronics》;19931231;第29卷(第6期);正文第2节，第2-4页
TEC的高精度半导体激光器温控设计;李江澜;《红外与激光工程》;20140630;参见摘要、正文第1节

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