CN109217082A - 一种激光晶体热沉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光晶体热沉，包括，热沉底座；主支撑架，所述主支撑架固定在所述热沉底座上，所述主支撑架内部设置有容纳激光晶体的晶体容纳腔；上端板，所述上端板安装在所述主支撑架上，所述上端板与所述主支撑架之间形成有气体流道腔；进气接头，所述进气接头安装在所述上端板上，所述进气接头与所述气体流道腔连通；激光晶体，所述激光晶体设置在所述主支撑架的晶体容纳腔内；所述上端板与所述主支撑架之间形成有流道腔出口，所述流道腔出口与所述气体流道腔连通；所述流道腔出口朝向所述激光晶体的侧面设置。本发明提供的激光晶体热沉，能够对激光晶体表面进行除尘，有效解决由于激光晶体表面附着微小颗粒而引起晶体损伤问题。

Description

一种激光晶体热沉

技术领域

本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种激光晶体热沉。

背景技术

基于光学晶体的非线性光学技术的发展带来了激光技术的进步与创新。利用非线性光学晶体制备的改变激光参数的转换装置，使获得新的激光波段、压缩激光脉宽、提高光谱分辨率及消除激光传播中的畸变等功能得以实现。

在利用非线性光学晶体制备的改变激光参数的转换装置使用过程中，温度对激光晶体的影响显著，当温度偏离激光晶体的额定工作温度时，会使转换效率下降，严重时则造成转换装置失效。因此，在转换装置工作过程中，激光晶体需要加持在能够将其使用温度控制在额定工作温度范围内的激光晶体热沉中，以保持转换装置稳定工作。

随着激光技术在工业和国防领域应用的深化，对特定频率的高输出功率激光需求逐渐增大。采用更高功率的泵浦激光泵浦光学晶体是实现上述需求的重要技术途径。在使用过程中，虽然泵浦激光的功率密度要低于激光晶体的损伤阈值，加之激光晶体热沉能够通过温度控制措施实现对激光晶体温度的有效调节，因此可以保证转换装置的稳定工作。但是现有的激光晶体热沉中，不具备对激光晶体表面的除尘功能；若激光照射在附着于激光晶体表面的微小颗粒(灰尘等)，则会使激光晶体局部温度发生剧烈变化，导致激光晶体损伤，造成转换装置转换效率下降甚至失效。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一，提供一种能够对激光晶体表面进行除尘，有效解决由于激光晶体表面附着微小颗粒而引起晶体损伤问题的激光晶体热沉。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种激光晶体热沉，包括，

热沉底座；

主支撑架，所述主支撑架固定在所述热沉底座上，所述主支撑架内部设置有容纳激光晶体的晶体容纳腔；

上端板，所述上端板安装在所述主支撑架上，所述上端板与所述主支撑架之间形成有气体流道腔；

进气接头，所述进气接头安装在所述上端板上，所述进气接头与所述气体流道腔连通；

激光晶体，所述激光晶体设置在所述主支撑架的晶体容纳腔内；

所述上端板与所述主支撑架之间形成有流道腔出口，所述流道腔出口与所述气体流道腔连通；所述流道腔出口朝向所述激光晶体的侧面设置。

一些实施例中，所述激光晶体的外侧设置有用于对所述激光晶体施加压力的侧支撑架。

一些实施例中，所述热沉底座上安装有固定支架，所述固定支架与所述侧支撑架之间设置有弹性件，所述弹性件为所述侧支撑架提供朝向所述激光晶体的压力。

一些实施例中，所述侧支撑架朝向所述弹性件的一侧安装有活动支架，所述弹性件设置在所述活动支架与所述固定支架之间。

一些实施例中，所述热沉底座上设置有光阑，所述光阑设置在激光晶体朝向操作位置或设备位置的一侧。

一些实施例中，所述主支撑架与所述上端板的连接面处设置有密封圈。

一些实施例中，所述主支撑架上和/或所述上端板上设置有密封槽，所述密封圈位于所述密封槽内。

一些实施例中，所述活动支架上设置有活动支架凸台，所述活动支架通过所述活动支架凸台与所述弹性件连接；所述固定支架上设置有固定支架凸台，所述固定支架通过所述固定支架凸台与所述弹性件连接。

一些实施例中，所述热沉底座的底部设置有导流槽，所述导流槽与所述气体流道腔连通。

一些实施例中，所述热沉底座设置有用于与外部温度控制装置连接的温度控制接口，所述热沉底座设置有平台安装接口，所述热沉底座通过所述平台安装接口安装在光学平台上。

本发明的有益效果在于：外部纯净气体由进气接头导入至气体流道腔内，经气体流道腔整流后形成均匀稳定的气体流动，再从流道腔出口排出至激光晶体的侧面；此时，纯净气体变为适合激光晶体尺寸的均匀稳定流动的气流，对激光晶体的表面进行除尘，能够起到良好的除尘效果；同时，由于存在气体的流动，也能起到一定的强制对流换热效果，提高了激光晶体表面的散热效果。进而有效解决了激光晶体表面附着微小颗粒而引起激光晶体损伤的问题，提高了转换装置的转换效率，避免了转换装置失效的情况发生。

附图说明

图1是本发明一个实施例中，激光晶体热沉的整体结构立体示意图。

图2是本发明一个实施例中，激光晶体热沉一个方向的截面示意图。

附图标记：

固定螺栓1；进气接头 2；上端板 3；主支撑架 4；活动支架 5；弹性件 6；固定支架7；热沉底座 8；侧支撑架 9；光阑 10；气体流道腔 11；流道腔出口 12；密封圈 13；激光晶体 14；导流槽 15。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合附图1和附图2详细说明一下本发明提供的激光晶体热沉。

如图1所示，本发明一个实施例中，提供的激光晶体热沉，包括热沉底座8。上述热沉底座8作为整个激光晶体热沉的基座，主支撑架4、固定支架7、光阑10等均直接或间接的安装在热沉底座8上。再通过热沉底座8安装在光学平台上，从而实现激光晶体热沉的安装和使用。

一般情况下，热沉底座8采用导热性良好的材料加工而成，以对安装在其上的激光晶体14起到良好的散热作用。同时，为了更好的将主支撑架4、固定支架7、光阑10等安装并固定在热沉底座8上，在热沉底座8上设置有若干螺栓安装孔，上述各部件均可通过固定螺栓1安装并固定在热沉底座8上。在一些实施例中，固定螺栓1的具体个数，根据安装需求而定；比如，在如图1所示的实施例中，主支撑架4、固定支架7和光阑10总计通过六组固定螺栓1安装并固定在热沉底座8上。

热沉底座8上安装有为整个激光晶体14提供立体支撑作用和立体空间的主支撑架4，主支撑架4固定在热沉底座8上，并且在主支撑架4内部设置有容纳激光晶体14的晶体容纳腔。激光晶体14安装在上述晶体容纳腔内，并且通过一些措施将激光晶体14与激光晶体热沉压紧并接触，以实现良好的散热和稳定控制效果，比如本发明一个实施例中，通过弹簧的压力将激光晶体14压紧并与激光晶体热沉接触。在本发明的一个实施例中，如图1和图2所示，主支撑架4由导热性能良好的材料加工而成，以实现良好的散热效果；同时，主支撑架4上预留有螺栓安装孔，主支撑架4与热沉底座8的位置对应，使得两者的螺栓安装孔正对设置，如此，可通过两组固定螺栓1将主支撑架4连接并固定在热沉底座8上。

为在主支撑架4上形成气体流道腔11，在主支撑架4上安装有上端板3，上端板3与主支撑架4之间形成上述气体流道腔11。在优选的实施例中，为了提高散热效果，上端板3由导热性良好的材料加工制得。同时，一个具体实施例中，上端板3与主支撑架4通过固定螺栓1连接；上端板3上和与主支撑架4上分别留有相互成对的螺栓安装孔，通过固定螺栓1插入上述螺栓安装孔，进而实现上端板3与主支撑架4之间的螺栓连接。如图1和图2所示，上端板3通过六组固定螺栓1安装在主支撑架4上。

同时，在一些具体实施例中，在上端板3上设置有进气接头2的安装孔，进气接头2安装在上端板3的上述安装孔内，进气接头2与气体流道腔11连通。外部导入的纯净气体，从进气接头2引入到激光晶体热沉内部，也就是进入气体流道腔11内，以实现对激光晶体14表面的除尘作用。

作为激光晶体热沉，自然包括激光晶体14，激光晶体14安装在主支撑架4的晶体容纳腔内；一般情况下，激光晶体14的外壁优选与激光晶体热沉接触，比如激光晶体14的外壁与上端板3或主支撑架4接触，以实现良好的散热效果。

换言之，激光晶体14由本发明提供的激光晶体热沉夹持并包裹，通过与激光晶体热沉接触进行热交换，同时气体流道腔11将由进气接头2引入的纯净气体进行整流，形成稳定均匀的气流场并作用于激光晶体14的表面，对激光晶体14的表面起到良好的除尘效果。

如图2所示，上端板3与主支撑架4之间形成有流道腔出口12，流道腔出口12与气体流道腔11连通，并且流道腔出口12朝向激光晶体14的侧面设置。流道腔出口12位于激光晶体14的上方，经气体流道腔11整流的气体，由流道腔出口12流出并流向激光晶体14；将流道腔出口12设计成不同的形成，可以适应不同形状的激光晶体14；如图2所示，流道腔出口12位于气体流道腔11的下侧，并且呈长条状开口，如此，可以与激光晶体14的一个侧面配合，实现对该侧面较好的除尘、散热效果。

本发明的上述实施例中，外部纯净气体由进气接头2导入至气体流道腔11内，经气体流道腔11整流后形成均匀稳定的气体流动，再从流道腔出口12排出至激光晶体14的侧面；此时，纯净气体变为适合激光晶体14尺寸的均匀稳定流动的气流，对激光晶体14的表面进行除尘，能够起到良好的除尘效果；同时，由于存在气体的流动，也能起到一定的强制对流换热效果，提高了激光晶体14表面的散热效果。进而有效解决了激光晶体14表面附着微小颗粒而引起激光晶体14损伤的问题，提高了转换装置的转换效率，避免了转换装置失效的情况发生。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，为了激光晶体14能够与激光晶体热沉良好的接触；在激光晶体14的外侧设置有用于对激光晶体14施加压力的侧支撑架9。通过侧支撑架9将激光晶体14压向激光晶体热沉的侧壁，如此，激光晶体14能够与激光晶体热沉进行良好的热交换；同时，激光晶体14也能够与侧支撑架9形成热交换。为了起到更好的散热效果，本发明的一个实施例中，侧支撑架9可以采用导热性能良好的材料制成。

如图1和图2所示，一个具体实施例中，侧支撑架9上留有螺栓安装孔，该螺栓安装孔用于螺栓连接，将侧支撑架9与活动支架5连接并固定。侧支撑架9远离激光晶体14的一侧设置弹性件6，比如弹簧；通过弹性件6(弹簧)向侧支撑架9施压，使得侧支撑架9将激光晶体14压紧并与激光晶体热沉接触。

为配合向侧支撑架9施加压力，一个实施例中，如图1所示，热沉底座8上安装有固定支架7，固定支架7与侧支撑架9之间设置有弹性件6，比如弹簧；弹性件6为侧支撑架9提供朝向激光晶体14的压力。首先，固定支架7固定在热沉底座8上，为弹性件6的一端固定；其次，弹性件6的另一端直接或间接的抵靠在侧支撑架9邻近固定支架7的一侧。弹性件6呈压缩状态，一端固定，因而另一端为侧支撑架9提供一个朝向激光晶体14的压力。在该实施例中，为了提供足够的压力和保持稳定性，固定支架7一般采用刚性较大的金属加工而成。固定支架7与热沉底座8之间的连接，优选螺栓连接；在固定支架7上设置螺栓安装孔，同时在热沉底座8上设置有与其对应的螺栓安装孔，通过两组固定螺栓1将固定支架7连接并固定在热沉底座8上。

为了方便连接，侧支撑架9朝向弹性件6的一侧安装有活动支架5，弹性夹你设置在活动支架5与固定支架7之间。活动支架5上设置有螺栓安装孔，侧支撑架9上设置有与其对应的螺栓安装孔，通过两组固定螺栓1将活动支架5连接并固定在侧支撑架9上。同样的，一个实施例中，为了提高散热效果，活动支架5由导热性能良好的材料加工而成。

为方便弹性件6的设置，在活动支架5上设置有活动支架凸台(图中未示出)，活动支架5通过活动支架凸台与弹性件6连接；一般情况下，弹性件6选择弹簧，弹簧套设在活动支架凸台上，以实现两者之间的配合连接。同时，固定支架7上也设置有固定支架凸台(图中未示出)，固定支架7通过固定支架凸台与弹性件6连接；当弹性件6选择为弹簧时，弹簧套设在活动支架凸台上，以实现两者之间的配合连接。

在本发明的一个优选实施例中，活动支架5、弹簧、侧支撑架9构成一个柔性夹持机构，既可以对激光晶体14施加一定的压力，保证激光晶体14与激光晶体热沉的良好接触，同时能够避免由于夹持应力过大使激光晶体14发生结构损伤。

在激光晶体热沉的使用过程中，经常会发生激光由于指向偏移辐射在激光热沉表面的情况，此时，激光经反射后会对操作人员或设备造成损伤；因此，在本发发明的一个实施例中，如图1所示，在热沉底座8上设置有光阑10，光阑10设置在激光晶体14朝向操作位置或设备位置的一侧，光阑10能够挡住经激光热沉表面的反射激光，避免对操作人员或设备造成损伤。一个具体实施例中，光阑10通过固定螺栓1安装在热沉底座8上。

为了保证上端板3与主支撑架4之间的密封性，放置纯净气体经过气体流道腔11时发生泄漏；本发明一个实施例中，如图2所示，在主支撑架4与上端板3的连接面处设置有密封圈13，有效的提高了两者之间的密封性能，防止气体泄漏。

为配合密封圈13的安装，在主支撑架4上和/或上端板3上设置有密封槽，密封圈13设置在密封槽内。优选的，选择在主支撑架4或上端板3的一个上设置密封槽，如此，现将密封圈13放置在密封槽内，密封圈13与密封槽相对的另一个表面压紧，实现密封效果。

本发明的一个实施例中，在热沉底座8的底部设置有导流槽15，导流槽15与气体流道腔11连通。导流槽15位于激光晶体14的下方，并且与气体流道腔11位置对应并连通，经过激光晶体14表面的纯净气体，经导流槽15后向两边扩散排出。

在热沉底座8设置有用于与外部温度控制装置连接的温度控制接口，通过外加的温控方式实现对激光晶体热沉的总体温度控制；同时，在热沉底座8设置有平台安装接口，通过该平台安装接口，热沉底座8能够安装于光学平台上，从而将整个激光晶体热沉安装在光学平台上。

在本发明中，通过气体流道腔11将导入的纯净气体整流成适合激光晶体14尺寸的均匀稳定流动的气流，同时导流槽15的设置降低了气体与热沉底座8接触后的回流效应，显著提高了激光晶体14表面的除尘效果，同时流经激光晶体14表面的纯净空气形成强制对流换热，提高了激光晶体14表面的散热效果。本发明特别适用于工厂、野外等非高洁净度环境下工作的小型固定激光器。

在本发明中，弹性件6由延展性能良好的材料加工而成，比如弹簧；具有一定的伸缩范围，用于连接活动支架5和固定支架7。弹簧保持压缩状态，通过活动支架5向侧支撑架9施加一定的压力，使得激光晶体14与主支撑架4紧密接触。

如图1和图2所示，本发明的一个最优实施例中，主支撑架4与热沉底座8固定进气接头2与上端板3固定，密封圈13安装在上端板3的密封槽内，并将上端板3与主支撑架4固定，将激光晶体14放置在主支撑架4内部；然后将活动支架5与侧支撑架9固定，将固定支架7与热沉底座8固定，安装弹性件6(弹簧)，连接固定支架7和活动支架5，弹性件6呈压缩状，使其压紧激光晶体14。通入纯净气体，即可在激光晶体14的表面形成均匀的气流，气体的流动可去除激光晶体14表面的微尘颗粒，形成具有保护性的风淋屏障，防止激光器工作时，泵浦激光照射到附着有微尘的激光晶体14表面而产生激光晶体14的损伤，同时流动的纯净气体在激光晶体14表面形成强制对流，提高了激光晶体14表面的散热效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种激光晶体热沉，其特征在于，包括，

热沉底座；

主支撑架，所述主支撑架固定在所述热沉底座上，所述主支撑架内部设置有容纳激光晶体的晶体容纳腔；

上端板，所述上端板安装在所述主支撑架上，所述上端板与所述主支撑架之间形成有气体流道腔；

进气接头，所述进气接头安装在所述上端板上，所述进气接头与所述气体流道腔连通；

激光晶体，所述激光晶体设置在所述主支撑架的晶体容纳腔内；

所述上端板与所述主支撑架之间形成有流道腔出口，所述流道腔出口与所述气体流道腔连通；所述流道腔出口朝向所述激光晶体的侧面设置。

2.根据权利要求1所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述激光晶体的外侧设置有用于对所述激光晶体施加压力的侧支撑架。

3.根据权利要求2所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述热沉底座上安装有固定支架，所述固定支架与所述侧支撑架之间设置有弹性件，所述弹性件为所述侧支撑架提供朝向所述激光晶体的压力。

4.根据权利要求3所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述侧支撑架朝向所述弹性件的一侧安装有活动支架，所述弹性件设置在所述活动支架与所述固定支架之间。

5.根据权利要求1所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述热沉底座上设置有光阑，所述光阑设置在激光晶体朝向操作位置或设备位置的一侧。

6.根据权利要求1所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述主支撑架与所述上端板的连接面处设置有密封圈。

7.根据权利要求6所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述主支撑架上和/或所述上端板上设置有密封槽，所述密封圈位于所述密封槽内。

8.根据权利要求4所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述活动支架上设置有活动支架凸台，所述活动支架通过所述活动支架凸台与所述弹性件连接；所述固定支架上设置有固定支架凸台，所述固定支架通过所述固定支架凸台与所述弹性件连接。

9.根据权利要求1所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述热沉底座的底部设置有导流槽，所述导流槽与所述气体流道腔连通。

10.根据权利要求1所述的激光晶体热沉，其特征在于，所述热沉底座设置有用于与外部温度控制装置连接的温度控制接口，所述热沉底座设置有平台安装接口，所述热沉底座通过所述平台安装接口安装在光学平台上。