CN113867448B - 一种非线性光学晶体的控温装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非线性光学晶体的控温装置,包括:TEC温控电路板、晶体固定夹块和散热装置;TEC温控电路板的输入端连接有温度探头、输出端连接有相串联的第一TEC制冷片和第二TEC制冷片、控制端连接有电脑端控制单元、电源端连接有开关电源;晶体固定夹块下半部分的晶体安装孔内固定夹持有光学晶体,温度探头固定在晶体固定夹块上半部分的探头深孔内且温度探头位于光学晶体的正上方;散热装置呈L型且固定在调节底座上,晶体固定夹块的侧面与散热装置的侧壁之间夹设有第一TEC制冷片,晶体固定夹块的底面与散热装置的底座之间夹设有第二TEC制冷片。本发明具有中心高度低、温控精度高、温控稳定性高的特点。

Description

一种非线性光学晶体的控温装置
技术领域
本发明涉及控温装置技术领域,具体涉及一种非线性光学晶体的控温装置。
背景技术
KDP、KD*P、KTP(KTiOPO4)、BBO(BaB2O4)、LBO(LiB3O5)等非线性光学晶体常用于激光器的波段范围的扩展,这些非线性晶体在激光的泵浦下可以进行倍频、混频等二阶非线性光学频率变换以及受激拉曼散射、受激布里渊区等高阶非线性光学频率变换。
非线性光学晶体通过相位匹配的方法实现非线性光学效应,而相位匹配的关键参数为光学晶体的折射率,非线性光学晶体的折射率与晶体的切割角度以及温度有关。在实现某一种非线性频率变换时,晶体的切割角度与晶体的温度要实现对应,当切割角度固定时,晶体的温度准确性和稳定性直接与非线性频率的变换效率和稳定性相关。因此,在激光的频率变换的过程中需要一种非线性光学晶体的控温装置,以实现对非线性光学晶体温度的严格控制。
目前市场上所销售的控温装置一方面体积较大,无法与现有的调节底座进行匹配以实现较低的晶体中心高度,从而导致控温装置的使用范围受限;另一方面在15-35℃范围内温度控制的精度不够,无法实现更精准的控温。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种非线性光学晶体的控温装置,具有中心高度低、温控精度高、温控稳定性高的特点。
本发明公开了一种非线性光学晶体的控温装置,包括:TEC温控电路板、晶体固定夹块和散热装置;
所述TEC温控电路板的输入端连接有温度探头、输出端连接有相串联的第一TEC制冷片和第二TEC制冷片、控制端连接有电脑端控制单元、电源端连接有开关电源;
所述晶体固定夹块下半部分的晶体安装孔内固定夹持有光学晶体,所述温度探头固定在所述晶体固定夹块上半部分的探头深孔内且所述温度探头位于所述光学晶体的正上方;
所述散热装置呈L型且固定在调节底座上,所述晶体固定夹块的侧面与所述散热装置的侧壁之间夹设有所述第一TEC制冷片,所述晶体固定夹块的底面与所述散热装置的底座之间夹设有所述第二TEC制冷片。
作为本发明的进一步改进,还包括:保温绝缘外壳;
所述保温绝缘外壳罩设在所述晶体固定夹块上,将不与所述第一TEC制冷片和第二TEC制冷片接触的部分包裹,且所述保温绝缘外壳相对应所述晶体安装孔预留有开口。
作为本发明的进一步改进,所述晶体固定夹块包括第一晶体夹块和第二晶体夹块;
所述第一晶体夹块和第二晶体夹块均呈L型,所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的开口相对且相互固定形成所述晶体安装孔;
所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的侧面均与所述第一TEC制冷片相接触,所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的底面均与所述第二TEC制冷片相接触。
作为本发明的进一步改进,
所述第二晶体夹块的侧面固定在所述散热装置侧壁的U型孔中,使其将所述第一TEC制冷片紧贴在所述晶体固定夹块与所述散热装置的侧壁之间;
所述第二晶体夹块的底面固定在所述散热装置底座的U型孔中,使其将所述第二TEC制冷片紧贴在所述晶体固定夹块与所述散热装置的底座之间。
作为本发明的进一步改进,所述探头深孔设置在所述第一晶体夹块中;
所述温度探头为热敏电阻温度探头,所述热敏电阻温度探头通过导热胶固定于所述探头深孔内且通过探头压紧块将所述热敏电阻温度探头压紧;其中,所述探头压紧块固定在所述第一晶体夹块上,且所述探头压紧块的中间留有两个小孔,用于所述热敏电阻温度探头的信号线通过。
作为本发明的进一步改进,所述散热装置的侧壁内设有S型水冷管道,所述S型水冷管道的进水口设有第一气动插头、出水口设有第二气动插头,通过所述第一气动插头和第二气动插头与激光主冷水机相连。
作为本发明的进一步改进,所述第一TEC制冷片和第二TEC制冷片上涂附有导热硅脂。
作为本发明的进一步改进,所述晶体安装孔的孔径大于所述光学晶体的直径,所述光学晶体外包裹有铟片使所述光学晶体与所述晶体固定夹块充分接触。
作为本发明的进一步改进,所述TEC温控电路板为基于PID算法的TEC温控电路板,所述电脑端控制单元进行PID参数、控温精度、控温温度的设置,断开所述电脑端控制单元连接后,所述TEC温控板将按照设置后的参数继续工作。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明采用温度控制与晶体热沉相分离的方法,实现了控温装置在激光光路中体积小、非线性光学晶体中心高度低的特点;
本发明采用双TEC制冷片、侧面水冷的方法实现了大的制冷量、晶体中心高度低、易封装的特点;
本发明具有机械结构简单、热沉组装方便、温度控制范围、温度控制精度高、与商用多维调节架匹配高的特点,在控制平台下可以实现多维调整,同时利用已商用的TEC控温电路板实现15-35℃的控温范围,控制精度为±0.01℃的恒温控制,可以广泛的应用于非线性光学晶体的频率转换领域。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的非线性光学晶体的控温装置的轴测图;
图2为图1的正视图;
图3为图1的正向剖视图;
图4为本发明一种实施例公开的非线性光学晶体的控温装置的原理框图。
符号说明:
1、保温绝缘外壳;2、探头深孔;3、探头压紧块;4、第一晶体夹块;5、第一TEC制冷片;6、第二TEC制冷片;7、第二晶体夹块;8、散热装置;9、第一气动插头;10、第二气动插头;11、S型水冷管道;12、电脑端控制单元;13、TEC温控电路板;14、开关电源;15、热敏电阻温度探头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述:
如图1~4所示,本发明提供一种非线性光学晶体的控温装置,包括:保温绝缘外壳1、探头深孔2、探头压紧块3、晶体固定夹块、第一TEC制冷片5、第二TEC制冷片6、散热装置8、第一气动插头9、第二气动插头10、S型水冷管道11、电脑端控制单元12、TEC温控电路板13、开关电源14和热敏电阻温度探头15;其中,
如图4所示,本发明的TEC温控电路板13的输入端连接有热敏电阻温度探头15、输出端连接有相串联的第一TEC制冷片5和第二TEC制冷片6、控制端连接有电脑端控制单元12、电源端连接有开关电源14;其中,开关电源14由市电供电,为TEC温控电路板13提供24V电源;TEC温控电路板13为基于PID算法的TEC温控电路板,电脑端控制单元12通过通讯接口对TEC温控电路板13进行PID参数、控温精度、控温温度的设置,断开电脑端控制单元12连接后,TEC温控板13将按照设置后的参数继续工作;使用时,TEC温控电路板13采集热敏电阻温度探头15的数据,通过PID算法比较实际温度与电脑端控制单元12设置温度然后输出指令调节TEC制冷片5和6的工作状态。
本发明的晶体固定夹块下半部分的晶体安装孔内固定夹持有光学晶体,热敏电阻温度探头15固定在晶体固定夹块上半部分的探头深孔2内且热敏电阻温度探头15位于光学晶体的正上方且有一定距离。散热装置8呈L型且固定在调节底座上,晶体固定夹块的侧面与散热装置8的侧壁之间夹设有第一TEC制冷片5,晶体固定夹块的底面与散热装置8的底座之间夹设有第二TEC制冷片6;散热装置8的侧壁为水冷部分,置有S型水冷管道11,S型水冷管道11的进水口设有第一气动插头9、出水口设有第二气动插头10,通过第一气动插头9和第二气动插头10与激光主冷水机相连。
具体的:
本发明的晶体固定夹块包括第一晶体夹块4和第二晶体夹块7,第一晶体夹块4和第二晶体夹块7均呈L型,如图1、3所示;第一晶体夹块4和第二晶体夹块5的开口相对且彼此相互固定形成带有晶体安装孔的夹持结构。本发明的散热装置8的底座部分外侧的两个U型孔用于将散热装置8固定在多维调节架上,底座部分内侧的两个U型孔用于固定第二晶体夹块7,并通过第二晶体夹块7将第二TEC制冷片6紧贴夹紧在第二晶体夹块7与散热装置8的底座之间;散热装置8侧壁上的两个U型孔用于固定第二晶体夹块7,并通过第二晶体夹块7将第一TEC制冷片5紧贴夹紧在第二晶体夹块7与散热装置8的侧壁之间。
本发明的第一晶体夹块4和第二晶体夹块7的侧面均与第一TEC制冷片5相接触,第一晶体夹块和第二晶体夹块7的底面均与第二TEC制冷片6相接触,第一TEC制冷片5和第二TEC制冷片6上涂附有导热硅脂;第一晶体夹块4和第二晶体夹块7之间有两个面充分接触,晶体安装孔径略大于晶体直径,晶体夹块4和7和导热性能良好的铟片包裹的非线性光学晶体进行充分接触。
本发明的保温绝缘外壳1罩设在第一晶体夹块4和第二晶体夹块7上,将不与第一TEC制冷片5和第二TEC制冷片6接触的部分包裹,保温绝缘外壳1预留有略大于晶体孔径的两面开口,保温绝缘外壳1通常采用聚四氟乙烯或尼龙等导热性较差的材料,第一晶体夹块4和第二晶体夹块7和散热装置8可以采用铝或紫铜等导热系数高的材料,通常情况下散热装置8主要采用铝材料,第一晶体夹块4和第二晶体夹块7主要采用紫铜材料。
本发明的探头深孔2设置在第一晶体夹块4中,热敏电阻温度探头15通过导热胶固定于探头深孔2内且通过探头压紧块3将热敏电阻温度探头15压紧;其中,探头压紧块3通过固定在第一晶体夹块4上,且探头压紧块3的中间留有两个小孔,用于热敏电阻温度探头15的信号线通过。
进一步,第一TEC制冷片5和第二TEC制冷片6为双向控制,可以实现制冷和加热两种工作状态,双制冷片的方式可以保证控温装置在严苛条件下的使用。
进一步,第一气动插头9、第二气动插头10分别作为水冷的输入和输出接口,该部分水冷由激光水冷机主通道分流或者小水冷机实现制冷,水冷的方式降低了激光器内气体和外部气体连通,有利于激光器腔内的密封性。
进一步,散热装置底部厚度、TEC制冷片厚度、晶体底部夹块厚度都被严格控制,使得晶体位置的中心高度较低,可以固定在各种商用调节底座上实现多维调节功能。
本发明的优点为:
本发明采用温度控制与晶体热沉相分离的方法,实现了控温装置在激光光路中体积小、非线性光学晶体中心高度低的特点;
本发明采用双TEC制冷片、侧面水冷的方法实现了大的制冷量、晶体中心高度低、易封装的特点;
本发明具有机械结构简单、热沉组装方便、温度控制范围、温度控制精度高、与商用多维调节架匹配高的特点,在控制平台下可以实现多维调整,同时利用已商用的TEC控温电路板实现15-35℃的控温范围,控制精度为±0.01℃的恒温控制,可以广泛的应用于非线性光学晶体的频率转换领域。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (8)

1.一种非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,包括:TEC温控电路板、晶体固定夹块和散热装置;
所述TEC温控电路板的输入端连接有温度探头、输出端连接有相串联的第一TEC制冷片和第二TEC制冷片、控制端连接有电脑端控制单元、电源端连接有开关电源;
所述晶体固定夹块下半部分的晶体安装孔内固定夹持有光学晶体,所述温度探头固定在所述晶体固定夹块上半部分的探头深孔内且所述温度探头位于所述光学晶体的正上方;
所述散热装置呈L型且固定在调节底座上,所述晶体固定夹块的侧面与所述散热装置的侧壁之间夹设有所述第一TEC制冷片,所述晶体固定夹块的底面与所述散热装置的底座之间夹设有所述第二TEC制冷片,所述散热装置的侧壁内设有S型水冷管道;
所述晶体固定夹块包括第一晶体夹块和第二晶体夹块;所述第一晶体夹块和第二晶体夹块均呈L型,所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的开口相对且相互固定形成所述晶体安装孔;所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的侧面均与所述第一TEC制冷片相接触,所述第一晶体夹块和第二晶体夹块的底面均与所述第二TEC制冷片相接触。
2.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,还包括:保温绝缘外壳;
所述保温绝缘外壳罩设在所述晶体固定夹块上,将不与所述第一TEC制冷片和第二TEC制冷片接触的部分包裹,且所述保温绝缘外壳相对应所述晶体安装孔预留有开口。
3.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,
所述第二晶体夹块的侧面固定在所述散热装置侧壁的U型孔中,使其将所述第一TEC制冷片紧贴在所述晶体固定夹块与所述散热装置的侧壁之间;
所述第二晶体夹块的底面固定在所述散热装置底座的U型孔中,使其将所述第二TEC制冷片紧贴在所述晶体固定夹块与所述散热装置的底座之间。
4.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,所述探头深孔设置在所述第一晶体夹块中;
所述温度探头为热敏电阻温度探头,所述热敏电阻温度探头通过导热胶固定于所述探头深孔内且通过探头压紧块将所述热敏电阻温度探头压紧;其中,所述探头压紧块固定在所述第一晶体夹块上,且所述探头压紧块的中间留有两个小孔,用于所述热敏电阻温度探头的信号线通过。
5.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,所述S型水冷管道的进水口设有第一气动插头、出水口设有第二气动插头,通过所述第一气动插头和第二气动插头与激光主冷水机相连。
6.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,所述第一TEC制冷片和第二TEC制冷片上涂附有导热硅脂。
7.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,所述晶体安装孔的孔径大于所述光学晶体的直径,所述光学晶体外包裹有铟片使所述光学晶体与所述晶体固定夹块充分接触。
8.如权利要求1所述的非线性光学晶体的控温装置,其特征在于,所述TEC温控电路板为基于PID算法的TEC温控电路板,所述电脑端控制单元进行PID参数、控温精度、控温温度的设置,断开所述电脑端控制单元连接后,所述TEC温控电路 板将按照设置后的参数继续工作。
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Application publication date: 20211231

Assignee: Hangzhou Shenghua Laser Technology Co.,Ltd.

Assignor: BEIJING YINGKE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Contract record no.: X2024980004550

Denomination of invention: A Temperature Control Device for Nonlinear Optical Crystals

Granted publication date: 20220916

License type: Common License

Record date: 20240417

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract