CN109888601A - 一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，双频微片激光器包括晶体组和光源，晶体组包括贴合的晶体A和晶体B；晶体B为电光晶体，其两侧与电极相连；夹持装置包括底座和设有夹持机构的晶体外壳；晶体外壳由四个薄片层叠而成，外侧为导电板B和导电板A，用于热传导；内侧为绝缘板B和绝缘板A，作为晶体外壳的夹持机构；底座的上端面有凹槽a和凹槽b，晶体外壳安装在凹槽a中；下端面与热沉固定，温度传感器嵌入凹槽b，实时检测夹持装置的温度并将其反馈给温度控制器，温度控制器设置在底座和热沉之间，依据其监测的温度对晶体B进行调温，使晶体B的温度在设定温度范围内；晶体外壳中心设置有用于使光源穿过的通孔。
Description
技术领域
本发明涉及激光晶体技术，具体涉及一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置。
背景技术
近年来固体激光器向着小型化、集成化的方向发展。微片激光器不仅体积小、结构紧凑，而且容易实现光束质量好、光强亮度大的单纵模输出，已经成为近些年固体激光器的研究热点。微片激光器是指谐振腔的长度为毫米量级的微小型固体激光器。典型的微片激光器谐振腔长度只有1mm左右，利用短腔法增大纵模频率间隔，以实现激光器的单纵模运转。在此基础上，将双折射晶体与增益晶体贴合，分别在两个晶体另外的端面直接镀膜形成谐振腔，单纵模在腔内被双折射晶体分裂成两个频率，并对双折射晶体加以电压、温度等外部参量控制以其折射率，可以改变两个频率的频差，形成频差可调谐的双频微片激光器。频差可调谐的双频微片激光器在绝对距离干涉测量和太赫兹产生领域具有广阔的应用前景。以其作为光源的激光雷达，利用频差可变的特点，配合相应的算法，可以实现对不同距离、速度的目标的高精度探测。
双频微片激光器晶体结构紧凑、对温度反应敏感，而激光器热效应又是非常重要的因素，因此还需要施加外部温度控制组件来减小激光器的热效应。要实现双频微片激光器晶体温度控制的同时还要可供外部电压输入，这对晶体的夹持装置的温度调节能力提出了较高的要求。其不仅要起到保护支撑晶体的作用，还要方便对晶体的温度和电压进行调谐控制，保证激光器在这些外部参量作用下能够实现稳定的频差调谐输出。为了保证激光器的导热性能，采用金属材料与晶体相接触，同时施加千伏高压的电极也需要贴合在晶体上，电极与金属距离不到1mm，容易引起空气击穿问题导致电压无法有效作用于激光晶体。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，能够满足双频微片激光器对温度与电压调谐时的夹持、导热以及与电极之间绝缘的要求。
本发明的技术方案为：一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，所述双频微片激光器包括晶体组和光源，所述晶体组包括两个相互贴合的晶体A和晶体B；所述晶体B为电光晶体，其两侧与电极相连；
所述夹持装置包括：底座和设有夹持机构的晶体外壳；所述晶体外壳由四个薄片层叠而成，外侧两个薄片分别为导电板B和导电板A，用于热传导；内侧两个薄片分别为绝缘板B和绝缘板A，相对放置固定后作为晶体外壳的夹持机构，用于夹持所述晶体组且实现导电板B和导电板A与电极之间的绝缘；
所述底座的上端面上加工有凹槽a，所述晶体外壳安装在底座的凹槽a中；
所述底座的下端面与热沉固定，上端面上还设有一侧开口的凹槽b，其内嵌入温度传感器，所述温度传感器实时检测所述夹持装置的温度并将其反馈给温度控制器，所述温度控制器设置在所述底座和热沉之间，依据所述温度传感器监测的温度对所述底座进行调温进而对晶体B进行调温，使所述晶体B的温度在设定温度范围内；
所述晶体外壳中心设置有用于使光源穿过的通孔。
作为一种优选方案，所述晶体外壳在凹槽a中沿光源方向位置可调，用于调节晶体组与光源之间的距离。
作为一种优选方案，还包括滑块，所述滑块放置在凹槽a内；以晶体组的泵浦端所对应的端面为凹槽a的前端，所述晶体外壳与晶体A对应的端面和凹槽a的前端内壁面抵触，与晶体B对应的端面和滑块抵触，所述滑块与凹槽a滑动配合，通过所述滑块移动推动所述晶体外壳移动，调节所述晶体外壳在所述凹槽a内的位置。
作为一种优选方案，所述凹槽a的前端开口，其开口处设有宽度小于开口大小的挡板，所述凹槽a的后端壁面上设有一个以上螺纹通孔，螺纹通孔中装有螺钉，用于推动所述滑块移动。
作为一种优选方案，所述温度控制器为半导体致冷器，所述半导体致冷器对晶体B进行降温或升温。
作为一种优选方案，所述导电板B和导电板A均为紫铜材质，所述绝缘板B和绝缘板A均为聚四氟乙烯材质。
作为一种优选方案，所述绝缘板A的中部设有与晶体组外形相同的凹槽组，凹槽组包括一个内凹槽和一个外凹槽，所述内凹槽沿着外凹槽槽深方向延伸；所述内凹槽和外凹槽的总槽深与所述晶体组厚度相同，所述内凹槽宽度方向的尺寸与所述晶体组的宽度相同，将所述晶体A嵌入所述内凹槽中，所述外凹槽用于放置晶体B及与晶体B两侧连接的电极。
作为一种优选方案，所述凹槽组的一个侧面打通形成开口槽，留下三个侧面，用于更换所述晶体组以及所述晶体B和电极的连接；所述绝缘板B设有凸台a，所述凸台a的宽度与内凹槽1的开口大小一致，且所述凸台a嵌入所述绝缘板A的内凹槽中，所述晶体组放置在绝缘板A、绝缘板B及其上的凸台a形成的空间内，凸台a用于将晶体组限制在凹槽组内。
作为一种优选方案，所述导电板B的中心设有凸台c，所述导电板A的中心设有凸台b，所述凸台c伸入所述通孔b内，使所述凸台c的表面与晶体组的输出端相贴合，所述凸台b伸入所述通孔a内，使所述凸台b的表面与晶体组的泵浦端相贴合，用于所述晶体组与所述晶体外壳的热传导。
作为一种优选方案，所述绝缘板B的四角分别开设四个通孔e2，所述绝缘板A的四角分别开设四个通孔e1，所述导电板B的四角分别开设通孔e4，所述导电板A的四角分别开设通孔e3，固定件依次穿过所述通孔e3、通孔e1、通孔e2和通孔e4将所述导电板A、绝缘板A、绝缘板B和导电板B固接为一体。
有益效果：
(1)本发明将装有晶体组的晶体外壳通过底座和半导体致冷器连接，结构简单，能够满足双频微片激光器对温度与电压调谐时的夹持、导热和电极之间的绝缘需求，有助于实现双频微片激光器的频差连续可调谐输出的特性。
附图说明
图1为晶体外壳中的绝缘板A的结构三视图，(a)主视图，(b)侧视图，(c)俯视图。
图2为晶体外壳中的绝缘板B的结构三视图，(a)主视图，(b)侧视图，(c)俯视图。
图3为晶体外壳中的导电板A的结构三视图，(a)主视图，(b)侧视图，(c)俯视图。
图4为晶体外壳中的导电板B的结构三视图，(a)主视图，(b)侧视图，(c)俯视图。
图5为晶体外壳的结构组装示意图。
图6为晶体外壳的俯视图。
图7为图6中A-A剖面的剖视图。
图8为底座结构三视图，(a)俯视图，(b)侧视图，(c)主视图。
图9为本发明完整外部结构装配示意图。
其中，1-内凹槽，2-外凹槽，3-通孔a，4-通孔e1，5-凸台a，6-通孔b，7-通孔e2,8-凸台b，9-通孔c，10-通孔e3，11-凸台c，12-通孔d，13-通孔e4，14-导电板B，15-绝缘板B，16-绝缘板A，17-导电板A，18-滑块，19-凹槽a，20-凹槽b，21-螺纹通孔，22-通孔F，23-晶体外壳，24-底座，25-热沉，26-挡板
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，能够满足双频微片激光器对温度与电压调谐时的夹持、导热以及与电极之间绝缘的要求。
如图1-9所示，该夹持装置包括底座24和设有夹持机构的晶体外壳23，晶体外壳23内部通过夹持机构夹持晶体组，晶体组包括两个端面相互贴合的晶体A和晶体B，分别在晶体A和晶体B上与相互贴合的端面相对的端面直接镀膜形成谐振腔，晶体B为电光晶体，晶体A为增益晶体，令晶体B与晶体A贴合的端面为晶体B的前端面，与前端面相对的端面为晶体B的后端面，晶体B前端面和后端面以外的其他侧面中的两个侧面分别与电极的阳极和阴极贴合，改变电极中电压的大小或改变晶体B的温度能够调谐晶体A产生的激光的频率；底座24的上端面上加工有一侧开口的凹槽a19，凹槽a19开口的一侧设有挡板26，晶体外壳23安装在底座24的凹槽a19中，晶体外壳23与晶体A对应侧的端面和挡板26抵触，与晶体B对应侧的端面和放置在凹槽a19中的滑块18抵触，滑块18与凹槽a19滑动配合，凹槽a19开口一侧的相对侧设有一个以上螺纹通孔21，螺纹通孔21中装有螺钉，用于推动滑块18移动；底座24的上端面上还设有一侧开口的凹槽b20，将热敏电阻的一端嵌入其中，用于实时检测该夹持装置的温度并将该温度反馈给底座24下端面的温度控制器，温度控制器夹在底座24和热沉25之间，用于对底座24进行调温进而对晶体B进行调温；温度控制器选用半导体致冷器(TEC)，TEC既可致冷又可加热，是致冷还是加热，以及致冷、加热的速率，由通过TEC的电流方向和大小来决定；将TEC两端分别与底座24和热沉25贴合，热沉25与底座24通过螺钉固定，为防止热沉25的热量返回底座24，此处螺钉使用塑料螺钉。
具体地：晶体外壳23由四个薄片层叠而成，外侧两个薄片分别为导电板B14和导电板A17，均为紫铜材质，用于热传导，内侧两个薄片分别为绝缘板B15和绝缘板A16，均为聚四氟乙烯(PTFE)材质，绝缘板B15和绝缘板A16对接后作为晶体外壳23的夹持机构，用于夹持晶体组且实现导电板B14和导电板A17与电极之间的绝缘，其中绝缘板A16的中部设有与晶体组外形相同的凹槽组，凹槽组包括一个内凹槽1和一个外凹槽2，内凹槽1沿着外凹槽2槽深方向延伸实现二者的嵌套，内凹槽1和外凹槽2的总槽深与晶体组厚度相同，内凹槽1宽度方向的尺寸与晶体组的宽度相同，将晶体A嵌入内凹槽1中，外凹槽2用于放置晶体B及与晶体B两侧贴合的电极；为方便更换晶体组以及晶体B和电极的连接，凹槽组的一个侧面打通形成开口槽，留下三个侧面。绝缘板B15设有凸台a5，凸台a5的宽度与内凹槽1的开口大小一致，且凸台a5嵌入绝缘板A16的内凹槽1中，晶体组放置在绝缘板A16、绝缘板B15及其上的凸台a5形成的空间内，凸台a5用于将晶体组限制在凹槽组内，防止晶体组沿着开口槽开口方向上下晃动，同时，与晶体B相连的两个电极从开口槽的开口处穿出且被凸台a5隔开，用于避免两个电极暴露在空气中发生击穿；绝缘板B15和绝缘板A16的中心分别开设小于晶体组横截面的通孔b6和通孔a3。
电极被包裹在绝缘板B15和绝缘板A16之间，通过绝缘板B15的开口槽的开口与外界的导线相连接，以将电压施加在晶体B上形成电场。电极与导电板B14和导电板A17之间分别通过绝缘板B15和绝缘板A16绝缘，以避免电极在高压下与导电板B14和导电板A17发生击穿现象；导电板B14和导电板A17均以紫铜为材料，其中心分别设有凸台c11和凸台b8，凸台c11和凸台b8形状尺寸分别与绝缘板B15的通孔b6和绝缘板A16的通孔a3对应配合，导电板A17与绝缘板A16贴合，导电板B14与绝缘板B15贴合，凸台b8的表面与晶体组的泵浦端(晶体A)相贴合，凸台c11的表面与晶体组的输出端(晶体B)相贴合，实现晶体组与晶体外壳23的热传导；导电板B14的凸台c11和导电板A17的凸台b8的中心分别设有通孔d12和通孔c9，通孔a3、通孔b6、通孔c9和通孔d12处于同一轴向，以保证晶体组泵浦端输入的光线与输出端输出的激光同轴。
绝缘板B15的四角分别开设四个通孔e27，绝缘板A16的四角分别开设四个通孔e14，导电板B14的四角分别开设通孔e413，导电板A17的四角分别开设通孔e310，固定件(如螺钉)依次穿过通孔e310、通孔e14、通孔e27和通孔e413将导电板A17、绝缘板A16、绝缘板B15和导电板B14固定，起到夹持固定晶体组的作用。
晶体外壳23上设有通孔e413的端面记为输出面，设有通孔e310的端面记为输入面，晶体外壳23嵌入凹槽a19内并立在底座24上，使晶体外壳23的输出面与滑块18抵触，输入面与挡板26抵触，晶体外壳23被凹槽a19的两个侧面、挡板26和滑块18固定，导电板A17和导电板B14与底座24紧密接触；底座24下表面与TEC贴合，TEC下表面与以紫铜为材料的热沉25贴合，热沉25与底座24通过底座24上的通孔F22用塑料螺钉固定，可以防止热沉25的热量返回底座24。整个装置的热量被热沉25吸收后通过传导冷却到外界。另外，为了加工精度的需要，所有凹槽和通孔的内部直角均设计有倒角。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，所述双频微片激光器包括晶体组和光源，所述晶体组包括两个相互贴合的晶体A和晶体B；所述晶体B为电光晶体，其两侧与电极相连；
其特征在于，所述夹持装置包括：底座(24)和设有夹持机构的晶体外壳(23)；所述晶体外壳(23)由导电板B(14)、绝缘板B(15)、绝缘板A(16)和导电板A(17)依次层叠而成，其中所述导电板B(14)和导电板A(17)用于热传导；绝缘板B(15)和绝缘板A(16)相对放置固定后作为晶体外壳(23)的夹持机构，用于夹持所述晶体组且实现导电板B(14)和导电板A(17)与电极之间的绝缘；
所述底座(24)的上端面上加工有凹槽a(19)，所述晶体外壳(23)安装在底座(24)的凹槽a(19)中；
所述底座(24)的下端面与热沉(25)固定，上端面上还设有一侧开口的凹槽b(20)，其内嵌入温度传感器，所述温度传感器实时检测所述夹持装置的温度并将其反馈给温度控制器，所述温度控制器设置在所述底座(24)和热沉(25)之间，依据所述温度传感器监测的温度对所述底座(24)进行调温进而对晶体B进行调温，使所述晶体B的温度在设定温度范围内；
所述晶体外壳(23)中心设置有用于使光源穿过的通孔。
2.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述晶体外壳(23)在凹槽a(19)中沿光源方向位置可调，用于调节晶体组与光源之间的距离。
3.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，还包括滑块(18)，所述滑块(18)放置在凹槽a(19)内；以晶体组的泵浦端所对应的端面为凹槽a(19)的前端，所述晶体外壳(23)与晶体A对应的端面和凹槽a(19)的前端内壁面抵触，与晶体B对应的端面和滑块(18)抵触，所述滑块(18)与凹槽a(19)滑动配合，通过所述滑块(18)移动推动所述晶体外壳(23)移动，调节所述晶体外壳(23)在所述凹槽a(19)内的位置。
4.如权利要求3所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述凹槽a(19)的前端开口，其开口处设有挡板(26)，所述凹槽a(19)的后端壁面上设有一个以上螺纹通孔(21)，螺纹通孔(21)中装有螺钉，用于推动所述滑块(18)移动。
5.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述温度控制器为半导体致冷器，所述半导体致冷器对晶体B进行降温或升温。
6.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述导电板B(14)和导电板A(17)均为紫铜材质，所述绝缘板B(15)和绝缘板A(16)均为聚四氟乙烯材质。
7.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述绝缘板A(16)的中部设有与晶体组外形相同的凹槽组，凹槽组包括一个内凹槽(1)和一个外凹槽(2)，所述内凹槽(1)沿着外凹槽(2)槽深方向延伸；所述内凹槽(1)和外凹槽(2)的总槽深与所述晶体组厚度相同，所述内凹槽(1)宽度方向的尺寸与所述晶体组的宽度相同，将所述晶体A嵌入所述内凹槽(1)中，所述外凹槽(2)用于放置晶体B及与晶体B两侧连接的电极。
8.如权利要求7所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述凹槽组的一个侧面打通形成开口槽，留下三个侧面，用于更换所述晶体组以及所述晶体B和电极的连接；所述绝缘板B(15)设有凸台a(5)，所述凸台a(5)的宽度与内凹槽1的开口大小一致，且所述凸台a(5)嵌入所述绝缘板A(16)的内凹槽(1)中，所述晶体组放置在绝缘板A(16)、绝缘板B(15)及其上的凸台a(5)形成的空间内，凸台a(5)用于将晶体组限制在凹槽组内。
9.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述导电板B(14)的中心设有凸台c(11)，所述导电板A(17)的中心设有凸台b(8)，所述凸台c(11)伸入所述通孔b(6)内，使所述凸台c(11)的表面与晶体组的输出端相贴合，所述凸台b(8)伸入所述通孔a(3)内，使所述凸台b(8)的表面与晶体组的泵浦端相贴合，用于所述晶体组与所述晶体外壳(23)的热传导。
10.如权利要求1所述的用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置，其特征在于，所述绝缘板B(15)的四角分别开设四个通孔e2(7)，所述绝缘板A(16)的四角分别开设四个通孔e1(4)，所述导电板B(14)的四角分别开设通孔e4(13)，所述导电板A(17)的四角分别开设通孔e3(10)，固定件依次穿过所述通孔e3(10)、通孔e1(4)、通孔e2(7)和通孔e4(13)将所述导电板A(17)、绝缘板A(16)、绝缘板B(15)和导电板B(14)固接为一体。
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| CN201910277285.6A CN109888601B (zh) | 2019-04-08 | 一种用于频差可调谐的双频微片激光器的夹持装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109888601A true CN109888601A (zh) | 2019-06-14 |
| CN109888601B CN109888601B (zh) | 2024-07-26 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH0587976U (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-26 | 富士写真光機株式会社 | レーザキャビティハウジング |
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Patent Citations (7)
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