CN107516808A - 一种激光器低畸变冷却器 - Google Patents

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蒋琳
刘军
袁晓蓉
闫锋
杨波
王永振
柳丽卿
蔡光明
王姣
谢秀芳
李春领
张�浩
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02—Constructional details
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    • H—ELECTRICITY
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Abstract

本发明提供了一种激光器低畸变冷却器，该方案包括有外冷却壳体和内冷却装置；外冷却壳体罩在内冷却装置上；外冷却壳体上设置有冷却板；冷却板与激光介质连接；内冷却装置包括有柱体、微通道结构、射流入口通道、回流通道和出口通道；柱体靠冷却板的一端设置有微通道结构；柱体中部垂直于冷却板的方向上设置有射流入口通道；柱体外侧面与外冷却壳体之间设置有回流通道；出口通道与回流通道连通；射流入口通道与微通道结构连通；微通道结构与回流通道连通。该方案设计的冷却器结构简单，散热能力强，能有效控制晶体畸变且扩展性良好，能适用与不同使用条件下的激光器冷却和畸变控制。

Description

一种激光器低畸变冷却器
技术领域
本发明涉及的是激光器冷却技术，尤其是一种激光器低畸变冷却器。
背景技术
随着激光技术的不断进步，激光器性能不断提升，激光介质的发热功率也随着激光器功率的增加而增加，激光介质内部的温度梯度和热致畸变也随之增大，这些都严重阻碍了高功率激光器的光束质量提升。因此，发展散热和畸变控制能力优秀的激光介质冷却器就成为提升激光器性能的关键因素之一。
目前针对薄片激光介质的液冷冷却器设计都着重于满足激光介质的散热需求和提高激光介质表面的温度均匀性。通过低温区加热温度控制、热容固体激光器、微通道提高表面温度均匀性等方法使激光器的性能有了很大提高，但激光介质热致畸变造成的波前畸变的控制效果难以让人满意，成为激光器功率增加的瓶颈因素。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种激光器低畸变冷却器，该方案设计的冷却器结构简单，散热能力强，能有效控制晶体畸变且扩展性良好，能适用与不同使用条件下的激光器冷却和畸变控制。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种激光器低畸变冷却器，包括有外冷却壳体和内冷却装置；外冷却壳体罩在内冷却装置上；外冷却壳体上设置有冷却板；冷却板与激光介质连接；内冷却装置包括有柱体、微通道结构、射流入口通道、回流通道和出口通道；柱体靠冷却板的一端设置有微通道结构；柱体中部垂直于冷却板的方向上设置有射流入口通道；柱体外侧面与外冷却壳体之间设置有回流通道；出口通道与回流通道连通；射流入口通道与微通道结构连通；微通道结构与回流通道连通。
作为本方案的优选：射流入口通道的轴线、微通道结构的中心以及冷却板的散热中心，三者在同一轴线上。
作为本方案的优选：微通道结构的流道设置结构为伞状辐射结构，流道从中心到外周流道沿径向分为多段向外周辐射。
作为本方案的优选：射流入口通道与微通道结构的连接处设置有肋板。
作为本方案的优选：微通道结构的流道分为多层，从中心至边缘的流道数量按照固定或不固定的倍数层层递增。
作为本方案的优选：肋板的高度大于射流入口通道的直径。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用微通道流道结构强化换热，保证了冷却器的换热能力；中心辐射的流道结构的中心对称性质保证了冷却器的周向温度均匀性；通过沿径向分段倍增的流道设计保证了冷却器沿径向的换热能力和温度均匀性；冷却液以类似射流冲击的方式垂直流向中心换热区域，强化中心区域的换热能力，通过“削峰”（降低激光介质温度最高、畸变最大的中心区域温度）的方式降低激光介质的最大畸变；冷却器冷却板与激光介质被冷却板的有强度连接使冷却器能分担一部分激光介质的热应力，从而利用冷却器的刚度降低激光介质的畸变；冷却器除必要外其余流道都布置在冷却器外周，保证冷却器内部为实心结构以提高冷却器刚度，提高了冷却器降低激光介质畸变的能力。
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为图1中A-A剖视的结构示意图。
图3为图1中B-B剖视的结构示意图。
图中，1为冷却板，2为射流入口通道，3为微通道结构，4为回流通道，5为出口通道，6为肋板，7为柱体，8为外冷却壳体。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
通过附图能够看出，本方案包括有外冷却壳体和内冷却装置；外冷却壳体罩在内冷却装置上；外冷却壳体上设置有冷却板；冷却板与激光介质连接；内冷却装置包括有柱体、微通道结构、射流入口通道、回流通道和出口通道；柱体靠冷却板的一端设置有微通道结构；柱体中部垂直于冷却板的方向上设置有射流入口通道；柱体外侧面与外冷却壳体之间设置有回流通道；出口通道与回流通道连通；射流入口通道的轴线、微通道结构的中心以及冷却板的散热中心，三者在同一轴线上。微通道结构的流道设置结构为伞状辐射结构，流道从中心到外周流道沿径向分为多段向外周辐射。射流入口通道与微通道结构的连接处设置有肋板。微通道结构的流道分为多层，从中心至边缘的流道数量按照固定倍数层层递增。肋板的高度大于射流入口通道的直径。
本发明的实施例：
激光介质为Φ60mm圆形区发热，冷却器结构如图1所示，包括冷却板、射流入口通道、微通道结构、回流通道、出口通道；冷却器为圆形，冷却板与激光介质被冷却板通过焊接紧密连接；激光介质被冷却板散热中心、微通道结构中心、射流入口通道轴线三者在同一轴线上；
微通道结构的中心辐射结构流道分为5段，每段流道数分别为6、18、36、72、144，每段的流道按3、2、2、2的倍数倍增。每段流道周向均匀布置，并沿径向向外周辐射。微通道结构的中心区域的部分流道隔离梁升高至12mm，作为支撑肋板；冷却液通过射流入口通道垂直流向微通道结构中心，再经过微通道冷却器流向外周并流入回流通道，最后从出口通道流出。回流通道在冷却器外周，保证冷却器内部尽量为实心。
经过本实例试验验证，该激光介质采用该冷却器冷却后，波前畸变相对于采用传统冷却器有大幅下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种激光器低畸变冷却器，其特征是：包括有外冷却壳体和内冷却装置；所述外冷却壳体罩在内冷却装置上；所述外冷却壳体上设置有冷却板；所述冷却板与激光介质连接；所述内冷却装置包括有柱体、微通道结构、射流入口通道、回流通道和出口通道；所述柱体靠冷却板的一端设置有微通道结构；所述柱体中部垂直于冷却板的方向上设置有射流入口通道；所述柱体外侧面与外冷却壳体之间设置有回流通道；所述出口通道与回流通道连通；所述射流入口通道与微通道结构连通；所述微通道结构与回流通道连通。
2.根据权利要求1所述的一种激光器低畸变冷却器，其特征是：所述射流入口通道的轴线、微通道结构的中心以及冷却板的散热中心，三者在同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的一种激光器低畸变冷却器，其特征是：所述微通道结构的流道设置结构为伞状辐射结构，流道从中心到外周流道沿径向分为多段向外周辐射。
4.根据权利要求1所述的一种激光器低畸变冷却器，其特征是：所述射流入口通道与微通道结构的连接处设置有肋板。
5.根据权利要求1所述的一种激光器低畸变冷却器，其特征是：所述微通道结构的流道分为多层，从中心至边缘的流道数量按照固定或不固定的倍数层层递增。
6.根据权利要求4所述的一种激光器低畸变冷却器，其特征是：所述肋板的高度大于射流入口通道的直径。
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