CN201113216Y - 一种用于固体激光器的倍频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于固体激光器的倍频装置，包括安装有倍频晶体的晶体座、倍频晶体压板、热沉和TEC制冷器，其中，倍频晶体压板固定在晶体座上端并封盖住倍频晶体，晶体座的底面与热沉的上表面紧密相连，热沉的下表面与TEC制冷器的制冷面紧密相连，倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm，所述晶体座的底面宽度为热沉上表面宽度的80％以上。本实用新型使得倍频晶体离TEC制冷器较近处于一个合适的尺寸范围，最大程度地减小了装置的热阻，同时通过增大晶体座与热沉的接触面积，提高了装置的热传递性能，本实用新型的倍频装置冷却效果良好，可以保证倍频晶体处于适宜的温度环境下工作而光学性能稳定，该倍频装置工作可靠。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光倍频器件，具体涉及一种应用于固体激光器的安装有倍频晶体的装置。
背景技术
在激光器的工作过程中，需要使用倍频装置将基频光进行倍频以得到所需要的激光输出，例如半导体泵浦固体激光器的谐振腔部分主要就包括有激光晶体和倍频晶体，激光晶体将泵浦光转化为基频光，倍频晶体则通过与激光晶体合适的匹配将基频光数倍倍频后输出所需要波长的激光。在这个过程中，倍频晶体由于吸收功率密度较高的基频光而温度上升，这将引起相位失配和热透镜效应，导致倍频晶体光学性能变差，激光输出稳定性受到了影响。因此必须对倍频晶体进行冷却处理，以保证倍频晶体处于合适的温度环境中。
图1a和1b图示出了一种固体激光器的倍频装置结构：倍频晶体04安装在晶体座03上端的凹槽内，倍频晶体压板05封盖在该凹槽上，晶体座03下端固定在热沉02上，面与面之间平整接触，热沉02底面与TEC制冷器01相连。该种结构的倍频装置中，倍频晶体04距离TEC制冷器01较远，导致该装置的热阻大，并且晶体座03与热沉02的接触面积小，热传递效果差，故在TEC制冷器01工作时，倍频晶体04和热沉02之间产生了较大的温差。当倍频晶体04达到所需要的温度时，热沉02的温度就变得相当低了，这样热沉02上容易凝结水珠，该水珠可能会污染损坏倍频晶体04，影响激光器稳定性。另外，制冷效果不好使得TEC制冷器01需要提高功率工作才能达到制冷需求，导致激光器电输入总功率增加。
为了减小倍频装置的热阻，技术人员尝试缩小晶体座03的高度尺寸，即使得倍频晶体04离TEC制冷器01较近，但当倍频晶体04离晶体座03底面较近时，晶体座03高度缩小，晶体座03相对变得薄了，晶体座03的机械强度相应地降低，在该倍频装置的装配过程中，会带来一些负面影响，例如晶体座03变形引起倍频晶体04受力过大，会产生晶体双折射效应，甚至造成倍频晶体04变形损坏。
从以上所述可得知，是不能通过一味地缩小倍频晶体座03的高度来使得倍频晶体04离TEC制冷器01较近，从而降低装置热阻的，必须经过实验和研究才能得出倍频晶体04和晶体座03以及热沉02之间合适的结构位置关系，以提高倍频装置的冷却效果。
发明内容
经过对倍频装置的结构进行大量的设计研究工作，终于得出本实用新型所述的一种用于固体激光器的倍频装置，该倍频装置热阻很小，较大程度地改善了TEC制冷器对倍频晶体的冷却效果，同时该倍频装置结构强度好，工作可靠。
本实用新型所采用的技术方案如下：
一种用于固体激光器的倍频装置，包括安装有倍频晶体的晶体座、倍频晶体压板、热沉和TEC制冷器，其中，倍频晶体压板固定在晶体座上端并封盖住倍频晶体，晶体座的底面与热沉的上表面紧密相连，热沉的下表面与TEC制冷器的制冷面紧密相连，倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm。
在上述结构基础上，其中：
所述晶体座上端开有长条形凹槽，所述倍频晶体设置在该凹槽内。
所述晶体座横截面呈倒T形。
所述倍频晶体为LBO、KTP、BBO或其他具有倍频特性的非线性光学晶体。
所述倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm是通过缩小晶体座的高度尺寸来达到的。
所述晶体座的底面宽度为热沉上表面宽度的80％以上，所述宽度是指晶体座和热沉分别沿垂直于倍频晶体内激光行进方向的尺寸宽度。
所述倍频晶体压板是通过螺钉固定在晶体座上端的。
通过技术人员的实验研究设计出本实用新型的倍频装置，与现有技术相比，本实用新型使得倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm，适当地缩小了晶体座的高度尺寸，这时倍频晶体离TEC制冷器较近，倍频装置热阻小，TEC制冷器工作时，倍频晶体可以得到较好的冷却，使得倍频晶体与热沉之间温差小，倍频晶体上下表面温差小，且提高了TEC制冷器的制冷功效，降低其能耗。
本实用新型同时能保证晶体座的机械强度，倍频装置组装完成后，倍频晶体不会因受外力作用而产生不良影响，本实用新型在倍频工作时具有良好的稳定性。
另外，晶体座的底面宽度为热沉上表面宽度的80％以上，这样保证晶体座底面与热沉充分接触，使得热沉对晶体座的热传递效果更好，进一步改善了本实用新型的冷却效果。
附图说明
图1a为背景技术中的倍频装置的结构主视示意图。
图1b为图1a沿中心线方向的剖面示意图。
图2a为本实用新型一种用于固体激光器的倍频装置的结构主视示意图。
图2b为图2a沿中心线方向的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
请参阅图2a和图2b，本实用新型的实施方式为：一种用于固体激光器的倍频装置，包括有倍频晶体4、晶体座3、倍频晶体压板5、热沉2和TEC制冷器1，其中，横截面呈倒T形的晶体座3由紫铜制作而成，在晶体座3的上端开设有长条形的凹槽，外部包有金属护片的倍频晶体4放置在该凹槽内，金属护片可以是铟片，其贴紧凹槽的内壁，倍频晶体4可以为LBO、KTP、BBO或其他具有倍频特性的非线性光学晶体。倍频晶体压板5固定在晶体座3的上端，封盖住所述凹槽并压紧倍频晶体4，倍频晶体压板5与晶体座3之间的连接方式可以为螺钉连接或焊接，在本实施例中，该倍频晶体5压板是通过螺钉固定连接在晶体座3上端的。
晶体座3的底面与热沉2的上表面紧密相连，保证面与面之间平整接触，本实施例中晶体座3是通过螺钉6固定连接在热沉2上的，热沉2的下端连接TEC制冷器1，即热沉2的下表面与TEC制冷器1的制冷面紧密接触。以上各部件在制作时要保证作用表面平整，在装配时要保证面与面之间良好接触，这样有利于倍频装置整体的热传递性能。
如图2a所示，在本实施方式中通过缩小晶体座3的高度尺寸(与图1a进行对比参照)，使得倍频晶体4中心离热沉2上表面的高度A大小范围为5～10mm，同时增大晶体座3的底面宽度B，以使得晶体座3的底面宽度B为热沉2上表面宽度的80％以上，所述宽度是指晶体座3和热沉2分别沿垂直于倍频晶体4内激光行进方向的尺寸宽度，激光行进方向即图2a中垂直于纸面方向。在本实用新型的一个具体实施例中，方形的热沉2上表面规格为20mm×20mm，晶体座3的底面宽度为16～20mm，长度为10mm。由于倍频晶体4长度的限制，以及要满足激光器紧凑小型化，故不增大晶体座3的底面长度。
上述对倍频装置的这种结构设计是为了减小装置的热阻，增大晶体座3和热沉2的接触面积，以从整体上提高倍频装置的热传递性能，提高TEC制冷器1对倍频晶体4的冷却效果。
在本实用新型中使倍频晶体4的中心离热沉2上表面的高度A大小范围为5～10mm，晶体座3的高度缩小到一个合适的尺寸范围，倍频晶体4离TEC制冷器1的距离也处在一个合适的尺寸范围，这样既可以使倍频装置的热阻减小到一个非常好的程度同时又保证了晶体座3的机械程度，保证了倍频晶体4的材料特性，倍频装置工作可靠。
以上尺寸范围是技术人员在不断的实验研究中得出的。通过测试得知，当倍频晶体4的中心离热沉2上表面的高度A大小为5mm或稍微大于5mm时，在倍频装置工作过程中，倍频晶体压板5的上表面与晶体座3的底面之间的温差在2℃之内，显然本实用新型的倍频装置冷却均匀，倍频晶体4的上下表面温差小，倍频晶体4处于合适的温度环境中从而对激光倍频性能良好，TEC制冷器1的制冷功效好而能耗得以降低。反观现有技术，如图1a所示，晶体座03较高，晶体座03连同其上端的倍频晶体压板05一起的总高度为19mm左右，倍频晶体04中心离热沉02的上表面的高度为15mm左右，该倍频装置工作过程中，TEC制冷器01进行制冷，测量得知，倍频晶体压板05的上表面与晶体座03的底面之间的温差为10℃左右，TEC制冷器01的制冷效果差，倍频晶体04上下表面温差大，光学性能差。
本实用新型的倍频晶体4中心离热沉2上表面的高度A大小范围为5～10mm，这种结构不仅仅是通过缩小晶体座3的高度来实现的，也可以通过改变倍频装置其他部分的结构来实现，例如通过改变用来容纳倍频晶体4的晶体座3上凹槽的位置或形状尺寸，也可以使倍频晶体4的位置下移从而距TEC制冷器较近。另外，本实用新型在半导体泵浦固体激光器中用来对激光倍频，当然也是可以应用于其他需要对激光进行倍频处理的激光器装置中。总之，本实用新型的保护范围在权利要求书所述的技术方案中予以体现。
Claims (7)
1. 一种用于固体激光器的倍频装置，包括安装有倍频晶体的晶体座、倍频晶体压板、热沉和TEC制冷器，其中，倍频晶体压板固定在晶体座上端并封盖住倍频晶体，晶体座的底面与热沉的上表面紧密相连，热沉的下表面与TEC制冷器的制冷面紧密相连，其特征在于：倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm。
2. 根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述晶体座上端开有长条形凹槽，所述倍频晶体设置在该凹槽内。
3. 根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述晶体座横截面呈倒T形。
4. 根据权利要求1所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述倍频晶体为LBO、KTP、BBO或其他具有倍频特性的非线性光学晶体。
5. 根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述倍频晶体的中心离热沉上表面的高度为5～10mm是通过缩小晶体座的高度尺寸来达到的。
6. 根据权利要求1至3任意一项所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述晶体座的底面宽度为热沉上表面宽度的80％以上，所述宽度是指晶体座和热沉分别沿垂直于倍频晶体内激光行进方向的尺寸宽度。
7. 根据权利要求1或2所述的一种用于固体激光器的倍频装置，其特征在于：所述倍频晶体压板是通过螺钉固定在晶体座上端的。
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