CN111293579A - 一种用于板条激光晶体的双面水冷装置 - Google Patents

Abstract

一种用于板条激光晶体的双面水冷装置，包括夹持框架，及上水道座、下水道座，夹持框架中设有板条激光晶体，板条激光晶体的顶部通过固定条与上水道座连接、底部通过固定条与下水道座连接；夹持框架的前后两个侧面上分别设有保护窗玻璃；下水道座与固定条的两侧之间形成水道1，两个保护窗玻璃分别与板条激光晶体的侧面之间形成水道2，上水道座与固定条的两侧之间形成水道3，冷却水从水道1中进入，依次经过水道2、水道3后流出或再进入水道1进行冷却循环。本发明既可实现板条激光晶体的大面双面泵浦，又可减轻水流对结构的振动，使得整个装置更稳定；匀化水流，实现均匀制冷，减少纵向上热梯度的产生，从而实现高功率、高质量光束的输出。

Description

一种用于板条激光晶体的双面水冷装置

技术领域

本发明涉及板条激光器冷却技术领域，特别是涉及一种用于板条激光晶体的双面水冷装置。

背景技术

传统的固体激光器采用棒状激光介质，由于冷却过程中工作介质在在径向存在比较大的温度梯度，因而带来了严重的热透镜效应，导致激光器输出功率和光束质量下降，更为严重的可能还会造成激光介质的损坏。为了进一步提高固体激光器的平均输出功率，改善光束质量，越来越多的研究人员提出了板条激光器的概念。板条激光介质耐吸收热量的能力优于棒状介质，并且其输出功率理论上仅受限于应力断裂极限。因而，板条激光器受到了越来越多的重视。

板条激光器的泵浦方式有：端面泵浦、侧面泵浦、大面泵浦。其中大面泵浦由于其泵浦面积大、能获得更大的泵浦功率而被研究人员大量采用。虽然板条激光器向高集成和高功率方向快速发展，但是其产生的高热量散热问题也随之变得日益严重，并成为板条激光器发展的一个瓶颈。目前板条激光器的冷却方式主要有热沉散热和水冷散热，其中水冷散热结构主要存在以下不足：(1)在高功率运转条件下，高速水流容易造成结构的振动，导致系统不稳定；(2)现有的大面泵浦方案中，多采用一面泵浦一面冷却的方式，单一表面进行制冷容易产生热梯度，影响出光光束质量；(3)现有的板条激光器水冷结构中，由于水流在冷却区内缺乏稳定均匀性，导致板条晶体热梯度较大，影响出光光束质量。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于板条激光晶体的双面水冷装置，既可实现板条激光晶体的大面双面泵浦，又可减轻水流对结构的振动，匀化水流，实现板条激光晶体均匀制冷，从而实现高功率、高质量光束的输出。

一种用于板条激光晶体的双面水冷装置，包括夹持框架，及设于所述夹持框架顶部的上水道座、底部的下水道座，所述夹持框架中设有横向贯穿所述夹持框架的板条激光晶体，所述板条激光晶体的顶部通过固定条与所述上水道座底部连接、底部通过固定条与所述下水道座顶部连接；

所述夹持框架的前后两个侧面上分别设有保护窗玻璃，所述保护窗玻璃的位置与所述板条激光晶体的位置对应，泵浦源发出的泵浦光通过两个保护窗玻璃实现对板条激光晶体的双面对称泵浦；

所述下水道座与固定条的两侧之间形成水道A，两个所述保护窗玻璃分别与所述板条激光晶体的侧面之间形成水道B，所述上水道座与固定条的两侧之间形成水道C，冷却水从水道A中进入，依次经过水道B、水道C后流出或再进入水道A进行冷却循环。

进一步地，所述水道B的宽度小于所述水道1的宽度，所述水道A的宽度与所述水道C的宽度相等；

每一所述保护窗玻璃与所述板条激光晶体的侧面之间的距离相等。

进一步地，所述下水道座中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的前部喷嘴区，每一前部喷嘴区的外端连接用作入水口的水嘴；

所述上水道座中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的后部扩散区，每一后部扩散区的外端连接用作出水口的水嘴。

进一步地，所述前部喷嘴区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴一端的内径大于靠近冷却区一端的内径；

所述后部扩散区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴一端的内径大于靠近冷却区一端的内径。

进一步地，所述下水道座中的冷却区的宽度保持不变，所述上水道座中的冷却区的宽度保持不变。

进一步地，所述下水道座中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且顶部抵住固定条；

所述上水道座中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且底部抵住固定条。

进一步地，所述板条激光晶体的前后两个侧面上分别镀有增透膜，所述保护窗玻璃靠近所述板条激光晶体的内侧面上镀有高反膜、外侧面上镀有增透膜。

进一步地，所述夹持框架的左右两端分别安装有侧盖，所述侧盖中设有容纳所述板条激光晶体通过的通孔，所述侧盖与所述夹持框架、板条激光晶体之间通过密封圈进行端面密封。

进一步地，所述夹持框架的后侧面上安装有后盖，所述后盖与所述夹持框架之间通过密封圈进行密封，位于所述夹持框架后侧的保护窗玻璃安装在所述后盖上。

进一步地，所述上水道座、下水道座与所述夹持框架之间通过密封圈进行密封；

所述上水道座、下水道座与所述固定条之间通过密封条进行密封。

综上，本发明既可实现板条激光晶体的大面双面泵浦，又可减轻水流对结构的振动，使得整个装置更稳定；匀化水流，实现板条激光晶体均匀制冷，减少纵向上热梯度的产生，从而实现高功率、高质量光束的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中用于板条激光晶体的双面水冷装置的立体结构图。

图2是图1的爆炸分解图。

图3是图1的侧面剖视图。

图4是图1的正面剖视图。

图中：

1-板条激光晶体、2-夹持框架、3-上水道座、4-下水道座、5-侧盖、6-后盖、7-保护窗玻璃、8-固定条、9-水嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参阅图1至图3，本发明提供了一种用于板条激光晶体的双面水冷装置，包括夹持框架2，及设于所述夹持框架2顶部的上水道座3、底部的下水道座4，所述夹持框架2中设有横向贯穿所述夹持框架2的板条激光晶体1，所述板条激光晶体1的顶部通过固定条8与所述上水道座3底部连接、底部通过固定条8与所述下水道座4顶部连接；

所述夹持框架2的前后两个侧面上分别设有保护窗玻璃7，所述保护窗玻璃7的位置与所述板条激光晶体1的位置对应，泵浦源发出的泵浦光通过两个保护窗玻璃7实现对板条激光晶体1的双面对称泵浦；

所述下水道座4与固定条8的两侧之间形成水道A，两个所述保护窗玻璃7分别与所述板条激光晶体1的侧面之间形成水道B，所述上水道座3与固定条8的两侧之间形成水道C，冷却水从水道A中进入，依次经过水道B、水道C后再进入水道A进行冷却循环。

需要说明的是，本实施例中，两个固定条8能防止由于水流过大导致的所述板条激光晶体1长度方向的振动，保持整个装置的稳定。本实施例中，冷却水从水道A中进入，依次经过水道B、水道C后再进入水道1进行冷却循环，使得冷却水可以循环利用。可以理解的，在其它实施例中，当冷却水不需要进行循环利用时，可以将冷却水经过水道C后直接流出进行排放。

请参阅图3和图4，所述水道B的宽度小于所述水道A的宽度，所述水道A的宽度与所述水道C的宽度相等。这样设置的目的是为了使得冷却水从水道A进入水道B中时加速，便于对所述板条激光晶体1进行快速冷却，离开水道2并进入水道3时减速，以确保冷却水的水流在所述下水道座4中的冷却区和上水道座3中的冷却区内保持稳定均匀。

进一步地，每一所述保护窗玻璃7与所述板条激光晶体1的侧面之间的距离相等，以确保所述板条激光晶体1两侧面具有相同的冷却效果。

请参阅图4，所述下水道座4中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的前部喷嘴区，每一前部喷嘴区的外端连接用作入水口的水嘴9；

所述上水道座4中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的后部扩散区，每一后部扩散区的外端连接用作出水口的水嘴9。

需要说明的是，本实施例中，通过水嘴9实现本装置与外部的连接。通过两个冷却区可以透过固定条8对所述板条激光晶体1的上下两端进行冷却。

在本发明一优选实施方式中，为了使得从水嘴9进入所述下水道座4中的水流逐渐加速，所述前部喷嘴区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴9一端的内径大于靠近冷却区一端的内径；

为了使得从所述上水道座3进入水嘴9中的水流逐渐加速并流出本装置，所述后部扩散区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴9一端的内径大于靠近冷却区一端的内径。

进一步地，使得进入本装置的水流流速和离开本装置后的水流流速相近或相等，便于进行循环利用。

在本发明另一优选实施方式中，为了使得冷却水的水流在冷却区保持稳定均匀，所述下水道座4中的冷却区的宽度保持不变，所述上水道座3中的冷却区的宽度保持不变。

请再参阅图4，为了更加均匀水流，所述下水道座4中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且顶部抵住固定条8；

所述上水道座3中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且底部抵住固定条8。

需要明确的是，本发明中，多个分流翅片在所述下水道座4或上水道座3中可以呈均匀状或非均匀状设置，具体情况根据实际需求进行设置。

需要说明的是，本发明中，所述板条激光晶体1的前后两个侧面上分别镀有增透膜，便于泵浦源发出的泵浦光进入所述板条激光晶体1中，所述保护窗玻璃7靠近所述板条激光晶体1的内侧面上镀有高反膜、外侧面上镀有增透膜，便于泵浦源发出的泵浦光穿过所述保护窗玻璃7。

请参阅图2和图4，所述夹持框架2的左右两端分别安装有侧盖5，所述侧盖5中设有容纳所述板条激光晶体1通过的通孔，所述侧盖5与所述夹持框架2、板条激光晶体1之间通过密封圈进行端面密封。

请参阅图2和图3，所述夹持框架2的后侧面上安装有后盖6，所述后盖6与所述夹持框架2之间通过密封圈进行密封，位于所述夹持框架2后侧的保护窗玻璃7安装在所述后盖6上。

请参阅图2，所述上水道座3、下水道座4与所述夹持框架2之间通过密封圈进行密封；

所述上水道座3、下水道座4与所述固定条8之间通过密封条进行密封。

综上，本发明既可实现板条激光晶体1的大面双面泵浦，又可减轻水流对结构的振动，使得整个装置更稳定；匀化水流，实现板条激光晶体1均匀制冷，减少纵向上热梯度的产生，从而实现高功率、高质量光束的输出。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，包括夹持框架，及设于所述夹持框架顶部的上水道座、底部的下水道座，所述夹持框架中设有横向贯穿所述夹持框架的板条激光晶体，所述板条激光晶体的顶部通过固定条与所述上水道座底部连接、底部通过固定条与所述下水道座顶部连接；

所述夹持框架的前后两个侧面上分别设有保护窗玻璃，所述保护窗玻璃的位置与所述板条激光晶体的位置对应，泵浦源发出的泵浦光通过两个保护窗玻璃实现对板条激光晶体的双面对称泵浦；

所述下水道座与固定条的两侧之间形成水道A，两个所述保护窗玻璃分别与所述板条激光晶体的侧面之间形成水道B，所述上水道座与固定条的两侧之间形成水道C，冷却水从水道A中进入，依次经过水道B、水道C后流出或再进入水道A进行冷却循环。

2.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述水道B的宽度小于所述水道1的宽度，所述水道A的宽度与所述水道C的宽度相等；

每一所述保护窗玻璃与所述板条激光晶体的侧面之间的距离相等。

3.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述下水道座中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的前部喷嘴区，每一前部喷嘴区的外端连接用作入水口的水嘴；

所述上水道座中设有位于中间的冷却区，及与该冷却区连通且位于该冷却区两端的后部扩散区，每一后部扩散区的外端连接用作出水口的水嘴。

4.根据权利要求3所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述前部喷嘴区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴一端的内径大于靠近冷却区一端的内径；

所述后部扩散区的内径为喇叭状，靠近所述水嘴一端的内径大于靠近冷却区一端的内径。

5.根据权利要求3所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述下水道座中的冷却区的宽度保持不变，所述上水道座中的冷却区的宽度保持不变。

6.根据权利要求3所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述下水道座中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且顶部抵住固定条；

所述上水道座中设有多个分流翅片，该分流翅片位于冷却区且底部抵住固定条。

7.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述板条激光晶体的前后两个侧面上分别镀有增透膜；

所述保护窗玻璃靠近所述板条激光晶体的内侧面上镀有高反膜、外侧面上镀有增透膜。

8.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述夹持框架的左右两端分别安装有侧盖，所述侧盖中设有容纳所述板条激光晶体通过的通孔，所述侧盖与所述夹持框架、板条激光晶体之间通过密封圈进行端面密封。

9.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述夹持框架的后侧面上安装有后盖，所述后盖与所述夹持框架之间通过密封圈进行密封，位于所述夹持框架后侧的保护窗玻璃安装在所述后盖上。

10.根据权利要求1所述的用于板条激光晶体的双面水冷装置，其特征在于，所述上水道座、下水道座与所述夹持框架之间通过密封圈进行密封；

所述上水道座、下水道座与所述固定条之间通过密封条进行密封。

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