CN106848819A - 全固态超快激光器的主功率放大装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为全固态超快激光器的主功率放大装置，包括有泵浦源腔体，在所述泵浦源腔体的中间水平位置设有泵浦源，所述泵浦源的两侧对称设有两个Nd：Ce：YAG晶体棒，所述泵浦源腔体的前后两端设有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖上均设置有三个孔洞，分别用于穿设泵浦源和Nd：Ce：YAG晶体，所述前端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述前端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片，所述后端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述后端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片。本发明实现了功率的高效放大和高峰值功率输出，提高了系统的可靠性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及全固态超快激光器领域，尤其涉及一种全固态超快激光器的主功率放大装置。
背景技术
全固态超快激光器的泵浦源和工作物质在受激辐射能级跃迁的过程中会产生大量的热，这种热会对激光的功率及转换效率以及泵浦源和工作物质的寿命产生严重的影响，热量过高，会导致功率转换效率降低，寿命缩短等现象，所以解决全固态超快激光器在工作过程中产生的废热尤为重要。
目前，传统的冷却方式为简易水路冷却，整个泵浦源和工作物质均浸泡在水中，但是，靠近进水口和出水口的水流快，远离进出水口的水流慢，长时间的工作，灯泵模块上下温度不均，散热不佳。
传统晶体棒的固定方式是直接夹持晶体棒两端固定，此种方式会造成散热不均，晶体棒加持部位膨胀而引起热透镜效应，严重的影响光束质量并且长时间工作会使密封失效存在漏水风险。
传统的冷却介质使用工业水，长时间工作造成泵浦源和工作物质表面附着杂物而导致光吸收、散热不均以及因光吸收造成的能量衰减现象。
传统的反射腔采用面接触限位的方式进行装配，过程中极易造成因加工误差而导致的零件报废。
传统的水循环系统，受水质、空气、温度等外在条件的影响造成水路污染，而导致系统的散热效率降低，泵浦源以及晶体棒的使用寿命减短。
传统密封方式为配合端面压接密封圈进行密封，此种方式极易造成密封性能不稳定，长时间工作容易产生失效漏水等风险。
传统装配结构无定位装置，结构装配难度大，不能很好的保障和满足光学系统及装配精度的要求。
传统结构仅满足了设计要求，但是对于结构的调整以及光学系统的校准存在设计缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种不仅能够实现对于功率的高效放大，实现高峰值功率输出，并提高了系统的可靠性和稳定性的全固态超快激光器的主功率放大装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种全固态超快激光器的主功率放大装置，包括有泵浦源腔体，在所述泵浦源腔体的中间水平位置设有泵浦源，所述泵浦源的两侧对称设有两个Nd：Ce：YAG晶体棒，所述泵浦源腔体的前后两端设有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖上均设置有三个孔洞，分别用于穿设泵浦源和Nd：Ce：YAG晶体，所述前端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述前端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片，所述后端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述后端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片。
进一步地，所述泵浦源腔体的内部还套设有漫反射腔，所述漫反射腔为聚四氟乙烯漫反射腔。
进一步地，所述泵浦源腔体的内部均匀设置有凹槽，所述漫反射腔的外部设有与凹槽相对应的凸起。
进一步地，在所述泵浦源腔体和前端盖之间设有前端盖固定板，在所述泵浦源腔体和后端盖之间设有后端盖固定板。
进一步地，在所述泵浦源腔体的底部设有固定板，在固定板的底部设有固定底板。
进一步地，所述泵浦源和Nd：Ce：YAG晶体棒的外部套设有玻璃套管。
进一步地，所述玻璃套管为熔石英玻璃套管。
进一步地，所述Nd：Ce：YAG晶体棒的两端套设有不锈钢套管。
进一步地，所述前端盖设置有第一流体槽，所述第一流体槽与Nd：Ce：YAG 晶体棒的外部的玻璃套管连通，所述前端盖的顶部设有第一水嘴，所述第一水嘴与泵浦源的玻璃套管连通，所述后端盖顶部设有第二水嘴，所述后端盖的内部设有第二流体槽，所述第二流体槽包括上L流体槽和下L流体槽，所述下L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒和泵浦源的玻璃套管连通，所述上L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒和第二水嘴连通。
进一步地，所述泵浦源腔体的两侧设有定位机构，所述定位机构穿设后端盖固定板、后端盖、前端盖固定板和前端盖。
本发明解决了超快激光器功率低、能量弱等问题，不仅能够实现对于功率的高效放大，实现高峰值功率输出，同时提高了系统的可靠性和稳定性，而且对于转换效率和能量利用率方面都有显著提升，采用独创性的水路结构及固定方式，在有限的空间内，实现了三维立体水路结构，实现了资源合理化搭配及高效散热的目的。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的水路结构示意图1；
图4是本发明的水路结构示意图2；
图5是本发明的泵浦源腔体的结构图；
图6是本发明的水流管路密封机构图；
图7是本发明的水流管路密封机构图；
图8是本发明的二维调节机构图1；
图9是本发明的二维调节机构图2。
图中，1.水嘴，2.聚四氟乙烯漫反射腔，3.后端盖固定板，4.后端盖，5.泵浦源固定压片，6.晶体棒固定压片，7.前端盖，8.固定底板，9.固定板，10.不锈钢套管，11.泵浦源，12.定位机构，13.Nd：Ce：YAG晶体棒，14.熔石英玻璃套管，15、泵浦源腔体，16、漫反射腔，17、凹槽，18、密封圈，19、压块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1至图6所示，一种全固态超快激光器的主功率放大装置，包括有泵浦源腔体15，在所述泵浦源腔体15的中间水平位置设有泵浦源11，所述泵浦源11的两侧对称设有两个Nd：Ce：YAG晶体棒13，所述泵浦源腔体15的前后两端设有前端盖7和后端盖4，所述前端盖7和后端盖4上均设置有三个孔洞，分别用于穿设泵浦源11和Nd：Ce：YAG晶体13，所述前端盖7的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片5，所述前端盖7的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片6，所述后端盖4的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片5，所述后端盖4的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片6。
所述泵浦源腔体15的内部还套设有漫反射腔16，所述漫反射腔16为聚四氟乙烯漫反射腔，本实例中，漫反射腔16采用聚四氟乙烯，有效的提高了反射效率和能量利用率。
所述泵浦源腔体15的内部均匀设置有凹槽17，所述漫反射腔16的外部设有与凹槽17相对应的凸起。本实施例中，在装配的关键位置采取了特定的凹槽17和凸起工艺结构，减小了接触面积和装配难度，提高了可靠性和稳定性。传统的反射腔采用面接触限位的方式进行装配，过程中极易造成因加工误差而导致的零件报废。
在所述泵浦源腔体15和前端盖7之间设有前端盖固定板，在所述泵浦源腔体15和后端盖4之间设有后端盖固定板3。在所述泵浦源腔体15的底部设有固定板，在固定板9的底部设有固定底板8。
所述泵浦源11和Nd：Ce：YAG晶体棒13的外部套设有玻璃套管。所述玻璃套管为熔石英玻璃套管。本实施例中，采用熔石英玻璃套管作为通水结构，在保障散热效率和水流量的同时减小了使用风险。
所述Nd：Ce：YAG晶体棒13的两端套设有不锈钢套管10。本实施例中，通过在Nd：Ce：YAG晶体棒13的两端加持不锈钢套管10的方式进行固定，该固定方式不仅能够提高结构的稳定性，而且能够增加晶体棒的散热面积，提高散热效率，改善了晶体棒因散热不好而带来的失效风险。
所述前端盖7设置有第一流体槽，所述第一流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒13的外部的玻璃套管连通，所述前端盖7和后端盖4顶部设有水嘴1，分别为第一水嘴和第二水嘴，所述第一水嘴与泵浦源11的玻璃套管连通，所述后端盖4的内部设有第二流体槽，所述第二流体槽包括上L流体槽和下L流体槽，所述下L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒13和泵浦源11的玻璃套管连通，所述上L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒和第二水嘴连通。
实施例中，第一水嘴为进水口，第二水嘴为出水口，首先冷却水通过第一水嘴流进泵浦源的玻璃套管，然后进入下L流体槽，然后流进其中一个Nd：Ce：YAG晶体棒的玻璃套管中，然后水流进入第一流体槽中，然后水流进入另一个Nd：Ce：YAG晶体棒的玻璃套管中，然后水流进入上L流体槽，然后水流通过第二水嘴排出。
全固态超快激光器泵浦源和工作物质在受激辐射能级跃迁的过程中会产生大量的热，这种热会对激光的功率及转换效率以及泵浦源和工作物质的寿命产生严重的影响，热量过高，会导致功率转换效率降低，寿命缩短等现象，所以解决全固态超快激光器在工作过程中产生的废热尤为重要。
本发明采用三维空间串联水路，有效的解决了泵浦源以及工作物质的散热问题。采用独创性的散热先后顺序，水循环系统，先对泵浦源进行冷却，再对其中一个晶体棒进行冷却，然后对另外一个晶体棒进行冷却。
先对泵浦源进行冷却，能够有效的将泵浦源产生的热量优先散去，并且不会阻碍晶体棒的冷却，实现了资源的合理搭配及利用的同时，保证了转换效率。
水循环系统采用串联水路，有效的将泵浦源、晶体棒的散热路径连系起来并且按照散热优先级进行排列。
本发明中，水循环系统水路结构件，采用铝硬质阳极氧化材质有效的避免了因水路污染或堵塞而造成的系统散热效率降低，减小了潜在的失效风险，极大的提升了系统的可靠性和稳定性。
水循环系统采用去离子水作为冷却介质，避免了因水路杂质过多而造成的光吸收和因光吸收而造成的失效风险，有效的提升了能量利用效率和转换效率。
采用特定的密封机构有效的进行固定，保证了水路的可靠性和稳定性，减少了因水路存在漏水风险而导致的失效现象。所述密封机构包括有晶体棒固定压片6、密封圈和压块。
如图6、图7所示,在晶体棒固定压片6的内侧设置有密封圈18，在不锈钢套管10的端部设置有压块19，所述压块19与密封圈18相配合从而达到密封的目的，保证了水路的可靠性和稳定性，减少了因水路存在漏水风险而导致的失效现象。
所述泵浦源腔体的两侧设有定位机构12，所述定位机构12穿设后端盖固定板3、后端盖4、前端盖固定板和前端盖7。
为了保证系统的可靠性和稳定性以及光学系统对于位置、距离等要求并且要保证良好的固定及锁紧需求，所以采用了关键位置定位以及重要零部件可调节的二维调节机构，二维调节机构如图8、图9所示，实现了关键边定位，光路微调以及同轴准直输出。
采用关键尺寸及关键边定位设计，保证了系统在关键结构距离空间上对尺寸偏移的严格要求。为光学系统及结构定位的可实现性提供了良好基础，保障了系统的可靠性和稳定性。
采用了结构尺寸在三维立体空间上的微调设计，实现了光路微调以及同轴准直输出，保证了光学系统的输出特性及参数要求。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种全固态超快激光器的主功率放大装置，包括有泵浦源腔体，其特征在于，在所述泵浦源腔体的中间水平位置设有泵浦源，所述泵浦源的两侧对称设有两个Nd：Ce：YAG晶体棒，所述泵浦源腔体的前后两端设有前端盖和后端盖，所述前端盖和后端盖上均设置有三个孔洞，分别用于穿设泵浦源和Nd：Ce：YAG晶体，所述前端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述前端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片，所述后端盖的中间的孔洞的外部设有泵浦源固定压片，所述后端盖的两侧的孔洞的外部设有晶体棒固定压片。
2.根据权利要求1所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述泵浦源腔体的内部还套设有漫反射腔，所述漫反射腔为聚四氟乙烯漫反射腔。
3.根据权利要求2所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述泵浦源腔体的内部均匀设置有凹槽，所述漫反射腔的外部设有与凹槽相对应的凸起。
4.根据权利要求1所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，在所述泵浦源腔体和前端盖之间设有前端盖固定板，在所述泵浦源腔体和后端盖之间设有后端盖固定板。
5.根据权利要求1所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，在所述泵浦源腔体的底部设有固定板，在固定板的底部设有固定底板。
6.根据权利要求1所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述泵浦源和Nd：Ce：YAG晶体棒的外部套设有玻璃套管。
7.根据权利要求6所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述玻璃套管为熔石英玻璃套管。
8.根据权利要求6所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述Nd：Ce：YAG晶体棒的两端套设有不锈钢套管。
9.根据权利要求8所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述前端盖设置有第一流体槽，所述第一流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒的外部的玻璃套管连通，所述前端盖的顶部设有第一水嘴，所述第一水嘴与泵浦源的玻璃套管连通，所述后端盖顶部设有第二水嘴，所述后端盖的内部设有第二流体槽，所述第二流体槽包括上L流体槽和下L流体槽，所述下L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒和泵浦源的玻璃套管连通，所述上L流体槽与Nd：Ce：YAG晶体棒和第二水嘴连通。
10.根据权利要求1所述的全固态超快激光器的主功率放大装置，其特征在于，所述泵浦源腔体的两侧设有定位机构，所述定位机构穿设后端盖固定板、后端盖、前端盖固定板和前端盖。
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