CN1794522A - 薄片激光器的激光介质冷却装置 - Google Patents
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Abstract
一种薄片激光器的激光介质冷却装置，其特点是一平底的圆盘状的内有供白宝石窗口平板滑动的滑动导轨的其口具有外螺纹的紫铜夹具，通过固定螺钉将所述的紫铜夹具固定在所述的半导体热电制冷片上，该紫铜夹具的内底还有一薄金属铟层，在该紫铜夹具内所述的薄金属铟层上依次设置所述的激光增益介质、白宝石窗口平板、微型环状密封液压包，然后将环形带盖的内螺纹旋压在所述的紫铜夹具的外螺纹而施压于所述的微型环状密封液压包，所述的微型环状密封液压包外接有一液压计。本发明使激光增益介质能够均匀紧密地贴紧冷却热沉，改善了机械应力和冷却的不均匀性，达到良好的冷却效果。本发明具有结构紧凑、实用，制冷效果好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及固体激光器，特别涉及对温度敏感的掺Yb激活离子激光增益介质进行端面泵浦的高亮度全固态薄片激光器。
背景技术
二极管泵浦的固体激光器(DPSSL)向高平均功率发展主要有四种构形：端泵浦棒、侧泵浦棒、侧泵浦板条和面泵浦及边缘泵浦薄片激光器，其中薄片激光器被近年来的研究论证为最具有发展前景的高亮度激光系统。它的激光光束的输出方向与激光介质的热梯度垂直，从理论上讲能够克服传统固体激光器无法逾越的高功率与高亮度的矛盾，具有输出光束质量接近衍射极限，输出功率能够发展成为平均功率数十千瓦甚至百千瓦的潜力，在军事国防和工业领域具有极其重要的实用意义(参见S.Erhard，M.Karszewski，C.Stewen et.al，发表在OSA TOPS AdvancedSolid State Lasers 2000，34，78～84页的论文)。根据系统的工作模式，激光增益介质的温度通常需要保持在-10℃～20℃之间。为了在这种温度下维持对激光增益介质，尤其是对受温度影响强烈的掺Yb激活离子的激光介质进行强泵浦辐射时，良好的制冷和散热是必须的。否则，激光材料会吸收大量的泵浦辐射而产生严重的热效应，使激光光束质量下降，输出功率减小，亮度降低。在薄片激光系统中，激光增益介质通常直接安装在散热制冷器上。为了保证激光元件良好的传导冷却，要求激光介质与散热器之间实现密切紧配从而具有良好的热接触。传统冷却装置通常采用多个螺钉手工硬夹固或者弹簧垫圈的机械夹固技术。由于薄片激光器的激光介质极薄，通常只有200～400μm，采用多点螺钉手工夹固的方法，如图2所示，盖板1与激光增益介质8之间硬机械接触，不同螺钉4与盖板1之间不均匀的受力极易将激光增益介质8压碎；而采用弹簧垫圈夹固的方法，如图3所示，通过螺钉4将盖板1固定在紫铜夹具6上，置于其间的弹簧垫圈11的压缩形变而施力于白宝石窗口平板7。这种方法难以将材料夹紧，激光增益介质8、铟片9与紫铜夹具6之间达不到的良好热接触，大量的热沉积制约了薄片激光器向高亮度大功率的发展。
发明内容
本发明目的在于提供一种薄片激光器的激光增益介质冷却夹固装置，以克服薄片激光介质因夹固受力不均引起的硬机械损伤和由于夹固不紧无法有效冷却引起的热效应问题，使薄片激光能够获得均匀夹固和良好冷却效果，以适用于高亮度全固态薄片激光器发展的需要。
本发明技术解决方案如下：
一种薄片激光器的激光介质冷却装置，包括半导体热电制冷片、激光增益介质、白宝石窗口平板和夹具，其特征在于所述的夹具是一平底的圆盘状的内有供白宝石窗口平板滑动的滑动导轨的其口具有外螺纹的紫铜夹具，通过固定螺丝将所述的紫铜夹具固定在所述的半导体热电制冷片上，该紫铜夹具的内底还有一薄金属铟层，在该紫铜夹具内所述的薄金属铟层上依次设置所述的激光增益介质、白宝石窗口平板、微型环状密封液压包，然后将环形带盖的内螺纹旋压在所述的紫铜夹具的外螺纹而施压于所述的微型环状密封液压包，通过该微型环状密封液压包均匀地施力将所述的白宝石窗口平板、激光增益介质紧压在所述的薄金属铟层上，所述的微型环状密封液压包外接有一液压计。
所述的固定螺钉具有多个，等圆周均匀排列将所述的紫铜夹具固定在所述的半导体热电制冷片上。
所述的铟层的厚度小于30微米。
所述的白宝石窗口平板的双面镀有对泵浦波长和激光波长都增透的宽带增透膜并安装在滑动导轨上。
本发明的技术效果：
所述环形盖板的其内螺纹与紫铜夹具的外螺纹配合，沿螺纹旋转所述的环形盖板，其盖板即可均匀地向前推进，施压于微型环状液压包上，并可结合液压计对微型环状液压包施加合理的压力。
所述的固定螺钉具有多个，等圆周地排列将紫铜夹具固定在制冷装置上，施力均匀，结合紧密。
所述的白宝石窗口平板的双面镀有对泵浦波长和激光波长都增透的宽带增透膜，安装在滑动导轨上，由液压包均匀地向激光介质推进压紧。
所述的铟层，厚度小于30微米，薄而均匀的覆盖在紫铜夹具和激光介质之间，柔软的铟层对两者之间的硬接触起到了很好的缓冲作用，使得热接触良好。
本发明结合液压装置和螺旋盖板来夹固薄片激光介质的冷却装置，能够有效克服在先技术的缺陷，使得薄片激光介质均匀紧配地贴紧热沉，从而达到良好的热传导和冷却效果，以实现高的光学效率和良好的光束质量的大功率激光输出。
附图说明
图1为本发明的薄片激光器的激光介质冷却装置结构示意图。
图2为已有的多个螺钉手工硬机械夹固装置结构示意图；
图3为已有的弹簧垫圈夹固的装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与实施对本发明作进一步的说明。
先请参阅图1，图1为本发明的薄片激光器的激光介质冷却装置结构示意图。由图可见，本发明薄片激光器的激光介质冷却装置，包括半导体热电制冷片10、激光增益介质8、白宝石窗口平板7和夹具6，其特征在于所述的夹具6是一平底的圆盘状的内有供白宝石窗口平板7滑动的滑动导轨5的其口具有外螺纹的紫铜夹具6，通过固定螺钉4将所述的紫铜夹具6固定在所述的半导体热电制冷片10上，该紫铜夹具6的内底还有一薄金属铟层9，在该紫铜夹具6内所述的薄金属铟层9上依次设置所述的激光增益介质8、白宝石窗口平板7、微型环状密封液压包2，然后将环形带盖1的内螺纹旋压在所述的紫铜夹具6的外螺纹而施压于所述的微型环状密封液压包2，通过该微型环状密封液压包2均匀地施力将所述的白宝石窗口平板7、激光增益介质8紧压在所述的薄金属铟层9上，所述的微型环状密封液压包2外接有一液压计3。
所述的固定螺钉4具有多个，等圆周均匀排列将所述的紫铜夹具6固定在所述的半导体热电制冷片10上。所述的铟层9的厚度小于30微米。所述的白宝石窗口平板7的双面镀有对泵浦波长和激光波长都增透的宽带增透膜并安装在滑动导轨5上。
通过螺旋盖板1平推微型密封液压包2，所施加的压力均匀传递到白宝石窗口平板7使之紧压激光介质8，并通过连接到液压包上的液压计3实时监控施加压力的大小，从而使薄片激光介质既能够均匀地紧密接触紫铜热沉夹具5，又不会压碎，达到良好的热传导和冷却效果，进而实现高亮度大功率激光输出。
Claims (4)
1、一种薄片激光器的激光介质冷却装置，包括半导体热电制冷片(10)、激光增益介质(8)、白宝石窗口平板(7)和夹具(6)，其特征在于所述的夹具(6)是一平底的圆盘状的内有供白宝石窗口平板(7)滑动的滑动导轨(5)的其口具有外螺纹的紫铜夹具(6)，通过固定螺钉(4)将所述的紫铜夹具(6)固定在所述的半导体热电制冷片(10)上，该紫铜夹具(6)的内底还有一薄金属铟层(9)，在该紫铜夹具(6)内所述的薄金属铟层(9)上依次设置所述的激光增益介质(8)、白宝石窗口平板(7)、微型环状密封液压包(2)，然后将环形带盖(1)的内螺纹旋压在所述的紫铜夹具(6)的外螺纹而施压于所述的微型环状密封液压包(2)，通过该微型环状密封液压包(2)均匀地施力将所述的白宝石窗口平板(7)、激光增益介质(8)紧压在所述的薄金属铟层(9)上，所述的微型环状密封液压包(2)外接有一液压计(3)。
2、根据权利要求1所述的薄片激光器的激光介质冷却装置，其特征在于所述的固定螺钉(4)具有多个，等圆周均匀排列将所述的紫铜夹具(6)固定在所述的半导体热电制冷片(10)上。
3、根据权利要求1所述的薄片激光器的激光介质冷却装置，其特征在于所述的铟层(9)的厚度小于30微米。
4、根据权利要求1所述的薄片激光器的激光介质冷却装置，其特征在于所述的白宝石窗口平板(7)的双面镀有对泵浦波长和激光波长都增透的宽带增透膜并安装在滑动导轨(5)上。
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