CN210245946U - 一种紧凑型水冷光阑 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紧凑型水冷光阑，属于激光器技术领域，一种紧凑型水冷光阑，可以实现将水路与孔径光阑整合在一起，同时水路采用一体式U型水路，中间留有空腔，极大的缩小了体积，特别适合一些短焦耦合的场合，同时光阑背面开有散热槽，有效的增加了光阑的散热效率，特别适合一些高功率放大的场合，并且在水路的进水口与出水口的隔断溢流圈的设计，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，同时在管接头的挤压作用下，微变外弧凸起能在变硬的同时变形，加大其与管接头表面的接触面积，进一步提高密封效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

Description

一种紧凑型水冷光阑

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，更具体地说，涉及一种紧凑型水冷光阑。

背景技术

光阑是指在光学系统中对光束起着限制作用的实体。它可以是透镜的边缘、框架或特别设置的带孔屏。其作用可分两方面,限制光束或限制视场(成像范围)大小。光学系统中限制光束最多的光阑，称为孔径光阑，限制视场(大小)最多的光阑，称为视场光阑。由上可知,孔径光阑和视场光阑两者都是实物。决定光学系统的孔径光阑的一般规则是:从物点看光阑或光阑的像，由其中张角最小的那一个,来决定光学系统的孔径光阑。如果张角最小的是某光阑的像，则该光阑本身就是孔径光阑。

激光器系统中，空间耦合系统是一种常用的耦合系统，其通常用在激光的放大系统中，激光放大系统基本工作原理就是信号光通过能产生激光的增益介质，通过外部提供的泵浦光激励，使通过增益介质的信号光强度得到放大。因此作为激光器放大系统中的耦合结构的稳定性就显得尤为重要，其直接影响最终放大激光强度和指向稳定性。

激光放大系统主要包括信号光准直耦合系统、增益介质、泵浦耦合系统组成，而其中信号光耦合到增益介质的结构性能对激光的最终输出功率稳定性和指向稳定性有很大影响，这主要体现在增益介质溢出的泵浦光会打在信号光耦合透镜上，从而不断加热镜片导致信号光偏离最佳耦合位置。基于双色镜的过滤泵浦光方法是通过镀膜镜片把泵浦光和信号光区分开，但双色镜须以45°角度插入光路，对系统要求空间间距较大，而且双色镜的厚度会引起信号光在进入激光增益介质前发生偏折；因而采用吸热光阑垂直插入耦合光路是一种节省空间、不干扰光路的新措施，而在高功率的耦合系统中，必须采用更为强力的散热方式将泵浦光产生的热量带走，另外光阑的结构尺寸也会直接影响到信号耦合聚焦透镜参数的选择，而通常的光阑仅能起到挡光的作用，无法带走热量，或是通过多个分散的器件组装来实现以上功能的，结构尺寸较大，在一些采用短焦透镜耦合的场合无法胜任。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种紧凑型水冷光阑，它可以实现将水路与孔径光阑整合在一起，同时水路采用一体式U型水路，中间留有空腔，极大的缩小了体积，特别适合一些短焦耦合的场合，同时光阑背面开有散热槽，有效的增加了光阑的散热效率，特别适合一些高功率放大的场合，并且在水路的进水口与出水口的隔断溢流圈的设计，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，同时在管接头的挤压作用下，微变外弧凸起能在变硬的同时变形，加大其与管接头表面的接触面积，进一步提高密封效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种紧凑型水冷光阑，包括光阑本体，所述光阑本体正面中部开凿有光阑孔，所述光阑本体上端设有安装底座，所述光阑本体和安装底座之间通过螺钉固定连接，所述光阑本体内部开凿有水路，所述水路包括进水口、出水口以及内通道，所述进水口、出水口以及内通道相互连通，且进水口位于出水口左侧，所述进水口与出水口内均连接有管接头，且进水口与出水口与管接头之间均设有多个隔断溢流圈，所述光阑本体侧端开凿有与水路相通的泄水口，所述泄水口内塞设有堵头，可以实现将水路与孔径光阑整合在一起，同时水路采用一体式U型水路，中间留有空腔，极大的缩小了体积，特别适合一些短焦耦合的场合，同时光阑背面开有散热槽，有效的增加了光阑的散热效率，特别适合一些高功率放大的场合，并且在水路的进水口与出水口的隔断溢流圈的设计，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，同时在管接头的挤压作用下，微变外弧凸起能在变硬的同时变形，加大其与管接头表面的接触面积，进一步提高密封效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

进一步的，所述光阑本体背面开凿有多个环形槽，多个所述环形槽的截面均为同心圆，且光阑孔位于同心圆的圆心处，用于增大其表面积，进而达到增加散热效率的目的，同时利于泵浦光在光阑本体上的吸收，确保溢出的泵浦光热量更好的被水路带走，非常适合高功率耦合。

进一步的，所述光阑本体中部开凿有空腔，且空腔与光阑孔相通，中间留有空腔，极大的缩小了体积，

进一步的，所述进水口与出水口的内壁均开凿有多个间隔环槽，所述隔断溢流圈的一端镶嵌在间隔环槽内，所述隔断溢流圈的另一端与管接头紧密接触，通过多个隔断溢流圈，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

进一步的，所述隔断溢流圈包括内嵌封圈和外挤压封圈，所述内嵌封圈和外挤压封圈为一体结构，且内嵌封圈位于间隔环槽内，所述外挤压封圈远离内嵌封圈的一段固定连接有多个微变外弧凸起。

进一步的，所述外挤压封圈内开凿有异形腔，所述异形腔与微变外弧凸起相通，通过二者的连通性，便于微变外弧凸起能够在异形腔内气体流动或压缩下，改变硬度和形状，进而达到更好的密封效果。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现将水路与孔径光阑整合在一起，同时水路采用一体式U型水路，中间留有空腔，极大的缩小了体积，特别适合一些短焦耦合的场合，同时光阑背面开有散热槽，有效的增加了光阑的散热效率，特别适合一些高功率放大的场合，并且在水路的进水口与出水口的隔断溢流圈的设计，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，同时在管接头的挤压作用下，微变外弧凸起能在变硬的同时变形，加大其与管接头表面的接触面积，进一步提高密封效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

(2)光阑本体背面开凿有多个环形槽，多个环形槽的截面均为同心圆，且光阑孔位于同心圆的圆心处，用于增大其表面积，进而达到增加散热效率的目的，同时利于泵浦光在光阑本体上的吸收，确保溢出的泵浦光热量更好的被水路带走，非常适合高功率耦合。

(3)光阑本体中部开凿有空腔，且空腔与光阑孔相通，中间留有空腔，极大的缩小了体积。

(4)进水口与出水口的内壁均开凿有多个间隔环槽，隔断溢流圈的一端镶嵌在间隔环槽内，隔断溢流圈的另一端与管接头紧密接触，通过多个隔断溢流圈，可以使得进水口和出水口均能与管接头外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

(5)隔断溢流圈包括内嵌封圈和外挤压封圈，内嵌封圈和外挤压封圈为一体结构，且内嵌封圈位于间隔环槽内，外挤压封圈远离内嵌封圈的一段固定连接有多个微变外弧凸起。

(6)外挤压封圈内开凿有异形腔，异形腔与微变外弧凸起相通，通过二者的连通性，便于微变外弧凸起能够在异形腔内气体流动或压缩下，改变硬度和形状，进而达到更好的密封效果。

附图说明

图1为本发明的立体的结构示意图；

图2为本发明的正视截面的U形水路的结构示意图；

图3为本发明的背面的结构示意图；

图4为本发明的侧视截面的结构示意图；

图5为本发明的水路的进水口部分的结构示意图；

图6为本发明的隔断溢流圈部分截面的结构示意图；

图7为结合本发明的水冷光阑时激光空间耦合的光路示意图。

图中标号说明：

1光阑本体、2环形槽、3水路、5堵头、6安装底座、7管接头、81内嵌封圈、82外挤压封圈、91异形腔、92微变外弧凸起。

具体实施方式

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；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-2，一种紧凑型水冷光阑，包括光阑本体1，光阑本体1中部开凿有光阑孔，光阑的最小直径为1-2mm，光阑本体1上端设有安装底座6，光阑本体1和安装底座6之间通过螺钉固定连接，光阑本体1内部开凿有水路3，水路3包括进水口、出水口以及内通道，进水口、出水口以及内通道相互连通，且进水口位于出水口左侧，进水口与出水口内均连接有管接头7，光阑本体1侧端开凿有与水路3相通的泄水口，泄水口可以作为第二出水口，当水路3循环关闭时，泄水口内塞设有堵头5，可以通过泄水口及时排出水路3内残余的水，有效降低残余水对激光器的影响，水路3为U型结构，且水路3采用一体型加工而成，结构紧凑，既可以有效的节省安装空间，同时能带走残余泵浦光的热，并且信号耦合透镜可以距离增益介质很近，特别适用于短焦耦合的场合。

请参阅图3-4，光阑本体1背面开凿有多个环形槽2，多个环形槽2的截面均为同心圆，且光阑孔位于同心圆的圆心处，用于增大其表面积，进而达到增加散热效率的目的，同时利于泵浦光在光阑本体1上的吸收，确保溢出的泵浦光热量更好的被水路3带走，非常适合高功率耦合，光阑本体1中部开凿有空腔，且空腔与光阑孔相通，中间留有空腔，极大的缩小了体积，光阑孔采用锥形开孔设计，且光阑孔从光阑本体1正面到背面孔径逐渐减小，在保证散热的情况下，聚焦镜可以距离光阑本体1很近，在使用短焦透镜耦合的场合显得尤为重要，并且可使耦合镜尽可能靠近增益介质，节省整个耦合系统的安装空间，且特别适合在一些需要短焦透镜耦合的场合使用。

请参阅图5，且进水口与出水口与管接头7之间均设有多个隔断溢流圈，进水口与出水口的内壁均开凿有多个间隔环槽，隔断溢流圈的一端镶嵌在间隔环槽内，隔断溢流圈的另一端与管接头7紧密接触，通过多个隔断溢流圈，可以使得进水口和出水口均能与管接头7外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

请参阅图6，隔断溢流圈包括内嵌封圈81和外挤压封圈82，内嵌封圈81和外挤压封圈82为一体结构，且内嵌封圈81位于间隔环槽内，外挤压封圈82远离内嵌封圈81的一段固定连接有多个微变外弧凸起92，外挤压封圈82内开凿有异形腔91，异形腔91与微变外弧凸起92相通，通过二者的连通性，便于微变外弧凸起92能够在异形腔91内气体流动或压缩下，改变硬度和形状，进而达到更好的密封效果，外挤压封圈82右上端为弧面结构，便于管接头7插进进水口或出水口内，同时便于管接头7在插入时，能够对外挤压封圈82右上端面形成挤压，进而使得异形腔91内气体向微变外弧凸起92处运动，微变外弧凸起92为弹性密封材质，使得微变外弧凸起92能在气体挤压下变硬的同时变形，加大其与管接头7表面的接触面积，进而使得密封效果，有效降低因水路3内水溢出而影响激光器的正常使用。

图7是结合本发明的水冷光阑时，激光空间耦合的光路示意图，信号光通过聚焦透镜经本水冷光阑过滤完杂散光后耦合进增益介质进行放大，而增益介质中的泵浦光有一部分会从增益介质端面溢出，而溢出的泵浦光会打在本水冷光阑的背面，从而转化成热量被本水冷光阑中的水带走，从而保证空间耦合系统的稳定性。

可以实现将水路3与孔径光阑整合在一起，同时水路3采用一体式U型水路，中间留有空腔，极大的缩小了体积，特别适合一些短焦耦合的场合，同时光阑背面开有散热槽，有效的增加了光阑的散热效率，特别适合一些高功率放大的场合，并且在水路3的进水口与出水口的隔断溢流圈的设计，可以使得进水口和出水口均能与管接头7外壁之间形成多层密封隔断，实现多层密封的效果，同时在管接头7的挤压作用下，微变外弧凸起92能在变硬的同时变形，加大其与管接头7表面的接触面积，进一步提高密封效果，有效避免因水的溢出导致激光器的正常使用受到影响。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种紧凑型水冷光阑，包括光阑本体(1)，其特征在于：所述光阑本体(1)正面中部开凿有光阑孔，所述光阑本体(1)上端设有安装底座(6)，所述光阑本体(1)和安装底座(6)之间通过螺钉固定连接，所述光阑本体(1)内部开凿有水路(3)，所述水路(3)包括进水口、出水口以及内通道，所述进水口、出水口以及内通道相互连通，且进水口位于出水口左侧，所述进水口与出水口内均连接有管接头(7)，且进水口与出水口与管接头(7)之间均设有多个隔断溢流圈，所述光阑本体(1)侧端开凿有与水路(3)相通的泄水口，所述泄水口内塞设有堵头(5)。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型水冷光阑，其特征在于：所述光阑本体(1)背面开凿有多个环形槽(2)，多个所述环形槽(2)的截面均为同心圆，且光阑孔位于同心圆的圆心处。

3.根据权利要求1所述的一种紧凑型水冷光阑，其特征在于：所述光阑本体(1)中部开凿有空腔，且空腔与光阑孔相通。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型水冷光阑，其特征在于：所述进水口与出水口的内壁均开凿有多个间隔环槽，所述隔断溢流圈的一端镶嵌在间隔环槽内，所述隔断溢流圈的另一端与管接头(7)紧密接触。

5.根据权利要求4所述的一种紧凑型水冷光阑，其特征在于：所述隔断溢流圈包括内嵌封圈(81)和外挤压封圈(82)，所述内嵌封圈(81)和外挤压封圈(82)为一体结构，且内嵌封圈(81)位于间隔环槽内，所述外挤压封圈(82)远离内嵌封圈(81)的一段固定连接有多个微变外弧凸起(92)。

6.根据权利要求5所述的一种紧凑型水冷光阑，其特征在于：所述外挤压封圈(82)内开凿有异形腔(91)，所述异形腔(91)与微变外弧凸起(92)相通。

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