RU2623709C1

RU2623709C1 - Small-size laser head with liquid cooling

Info

Publication number: RU2623709C1
Application number: RU2016104559A
Authority: RU
Inventors: Юрий Дмитриевич Арапов; Александр Александрович Гладилин; Михаил Юрьевич Янусов
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-06-28

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: small-sized liquid-cooled laser head contains an active element in the form of a rod and a reflector, an optical pumping source, a cylindrical lens, a plate of material transparent for radiation, fixed by a frame on the case opposite the source of optical pumping, and channels in the housing. At the same time, the active element is fixed with clamps in the body, the reflector is fixed to the bottom of the body cavity, to which the holder is attached and installed through the adjusting plate. There is an optical pumping source on the holder, which uses a matrix of laser diodes, on the radiating part of which there is a cylindrical lens located along the active element. The holder is provided with an inlet and outlet nozzles with channels connected to the channels of the holder which are connected to the channels of the adjustment plate connected to the channels of the housing which are connected to the housing cavity. Adjusting elements are installed between the frame and the body.

EFFECT: ensuring the possibility of increasing the efficiency of pumping and cooling the laser head.

4 dwg

Description

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой, в частности к элементам конструкции, устройствам накачки, системам охлаждения, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники. Использование данного изобретения особенно актуально при разработке задающих лазерных генераторов и малогабаритных лазеров, а также для эффективного усиления маломощного лазерного излучения (например, излучения волоконного лазера).The invention relates to solid-state lasers with diode pumping, in particular to structural elements, pumping devices, cooling systems, and can be used in the manufacture of laser technology. The use of this invention is especially relevant in the development of master laser oscillators and small-sized lasers, as well as for the effective amplification of low-power laser radiation (for example, fiber laser radiation).

Известен модуль твердотельного лазера с диодной накачкой (патент США №6608852, H01S 3/091, 3/092, 3/094, опубл. 2003 г.). Модуль содержит установленные в полости корпуса активный элемент (АЭ) в виде стержня и отражатель, источник оптической накачки (ИОН), размещенный напротив отражателя, пластину из прозрачного для излучения накачки материала, закрепленную на корпусе напротив ИОН, и каналы для подвода охлаждающей жидкости (ОЖ) в корпусе, отражатель закреплен внутри полости корпуса. При этом в качестве ИОН использованы линейки лазерных диодов (ЛЛД), расположенные вдоль оси АЭ.Known solid-state laser module with diode pumping (US patent No. 6608852, H01S 3/091, 3/092, 3/094, publ. 2003). The module contains an active element (AE) installed in the cavity of the casing in the form of a rod and a reflector, an optical pump source (ION) located opposite the reflector, a plate of transparent material for pump radiation mounted on the casing opposite the ION, and channels for supplying coolant (coolant ) in the housing, the reflector is fixed inside the cavity of the housing. In this case, the line of laser diodes (LLD) located along the axis of the AE was used as ION.

Конструкция отличается минимумом деталей и их простотой. В ней реализовано жидкостное охлаждение АЭ, что позволяет эффективно отводить от него тепло, выделяемое при работе модуля. Применение отражателя позволяет повысить эффективность накачки.The design is characterized by a minimum of parts and their simplicity. It implements liquid cooling of the AE, which allows you to effectively remove heat from it generated during the operation of the module. The use of a reflector improves the pumping efficiency.

Однако охлаждение АЭ осуществляется независимо от охлаждения ИОН, что создает трудности в эксплуатации данного устройства, а также усложняет конструкцию и увеличивает его массу и габариты. Концентрация излучения накачки в АЭ при помощи только лишь одного отражателя может привести к значительным потерям.However, the cooling of the AE is carried out regardless of the cooling of the ion, which creates difficulties in the operation of this device, and also complicates the design and increases its mass and dimensions. The concentration of pump radiation in the AE using only one reflector can lead to significant losses.

Получение большей мощности выходного излучения возможно за счет увеличения количества ЛЛД, но данное решение приведет к увеличению длины АЭ и соответственно габаритов и массы всей конструкции (при расположении большого числа ЛЛД вдоль АЭ) либо к уменьшению эффективности доставки излучения в АЭ (при расположении большого числа ЛЛД поперек АЭ).Obtaining a greater output radiation power is possible due to an increase in the number of LLDs, but this solution will increase the length of the AE and, accordingly, the dimensions and mass of the entire structure (when a large number of LLDs are located along the AE) or reduce the efficiency of radiation delivery to the AE (when a large number of LLDs is located across AE).

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является масштабируемый твердотельный лазер с поперечной диодной накачкой (патент США №6075803, H01S 3/091, 3/094, опубл. 2000 г.). Данное устройство содержит установленные в прямоугольной полости корпуса АЭ в виде стержня и отражатель, ИОН, размещенный напротив отражателя, цилиндрическую линзу, пластину из прозрачного для излучения накачки материала, закрепленную рамкой на корпусе напротив ИОН, и каналы в корпусе, отражатель закреплен внутри полости корпуса.The closest analogue of the claimed invention, selected as a prototype, is a scalable solid state laser with transverse diode pumping (US patent No. 6075803, H01S 3/091, 3/094, publ. 2000). This device contains installed in a rectangular cavity of the AE in the form of a rod and a reflector, an ION placed opposite the reflector, a cylindrical lens, a plate of transparent material for pumping radiation, fixed by a frame on the case opposite the ION, and channels in the case, the reflector is fixed inside the cavity of the case.

При этом в качестве ИОН использованы ЛЛД, расположенные поперек оси АЭ, отражатель крепится к боковой поверхности полости винтами снаружи корпуса, цилиндрическая линза является коллимирующей по одной оси и расположена на отражателе поперек АЭ, ОЖ подается в устройство через отверстия, расположенные параллельно АЭ.In this case, LLD located across the axis of the AE was used as an ion, the reflector is attached to the side surface of the cavity with screws outside the housing, the cylindrical lens is collimating along one axis and is located on the reflector across the AE, the coolant is supplied to the device through holes located parallel to the AE.

Применение рамки для фиксации пластины на корпусе устройства повышает надежность соединения пластины с корпусом. Применение коллимирующих цилиндрических линз позволяет более равномерно накачивать АЭ, что положительно влияет на качество выходного лазерного излучения. Возможность юстировки положения отражателя относительно АЭ позволяет добиться максимального эффекта от его использования.The use of a frame for fixing the plate on the device body increases the reliability of the connection of the plate with the body. The use of collimating cylindrical lenses allows more uniform pumping of AE, which positively affects the quality of the output laser radiation. The ability to adjust the position of the reflector relative to the AE allows you to achieve the maximum effect from its use.

Однако охлаждение АЭ здесь также осуществляется независимо от охлаждения ИОН, что создает трудности в эксплуатации данного устройства, а также усложняет конструкцию и увеличивает его массу и габариты.However, AE cooling here is also carried out independently of ION cooling, which creates difficulties in the operation of this device, and also complicates the design and increases its weight and dimensions.

Получение большей мощности выходного излучения возможно за счет увеличения количества ЛЛД вдоль АЭ, но данное решение приведет к увеличению длины АЭ и соответственно габаритов и массы всей конструкции. Помимо этого для каждой линейки лазерных диодов требуется своя цилиндрическая линза, что усложняет изготовление и сборку конструкции.Obtaining a greater output radiation power is possible due to an increase in the number of LLDs along the AE, but this solution will lead to an increase in the AE length and, accordingly, the dimensions and mass of the entire structure. In addition, each line of laser diodes requires its own cylindrical lens, which complicates the manufacture and assembly of the structure.

Применение рамки приведет к сложностям при сборке устройства, так как потребуется тщательный контроль усилия затяжки винтов крепления с целью предотвращения повреждения пластины. При неравномерном механическом воздействии на рамку возможно повреждение пластины.The use of the frame will lead to difficulties in assembling the device, since it will require careful monitoring of the tightening force of the fastening screws in order to prevent damage to the plate. If the mechanical action on the frame is not uniform, damage to the plate may occur.

Расположение ЛЛД поперек АЭ затрудняет концентрацию излучения накачки внутри АЭ (особенно малых диаметров по сравнению с длиной излучающей области ЛЛД) и накладывает высокие требования к рабочим поверхностям отражателя.The location of the LLD across the AE makes it difficult to concentrate the pump radiation inside the AE (especially of small diameters compared with the length of the emitting region of the LLD) and imposes high requirements on the working surfaces of the reflector.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - увеличение мощности излучения, снижение массогабаритных показателей, а также повышение технологичности конструкции.The problem to which the invention is directed is to increase the radiation power, reduce the overall dimensions, and also increase the manufacturability of the structure.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - повышение эффективности накачки АЭ и охлаждения квантрона, оптимизация конструкции.The technical result obtained using the proposed technical solution is to increase the efficiency of AE pumping and quantron cooling, and design optimization.

Указанный технический результат достигается тем, что в малогабаритном квантроне с жидкостным охлаждением, который содержит установленные в прямоугольной полости корпуса активный элемент в виде стержня и отражатель, источник оптической накачки, размещенный напротив отражателя, цилиндрическую линзу, пластину из прозрачного для излучения накачки материала, закрепленную рамкой на корпусе напротив источника оптической накачки, и каналы в корпусе, причем отражатель закреплен внутри полости корпуса, согласно изобретению активный элемент зафиксирован прижимами в корпусе, отражатель закреплен к дну полости корпуса, к которому прикреплен держатель, установленный через регулировочную пластину, на держателе размещен источник оптической накачки, в качестве которого используется матрица лазерных диодов, на излучающей части которой размещена цилиндрическая линза, расположенная вдоль активного элемента, на держатель установлены входной, выходной патрубки с каналами, соединенными с каналами держателя, которые соединяются с каналами регулировочной пластины, соединенными с каналами корпуса, которые соединены с полостью корпуса, между рамкой и корпусом установлены регулировочные элементы.The specified technical result is achieved in that in a small-sized liquid-cooled quantron, which contains an active element in the form of a rod and a reflector installed in a rectangular cavity of the housing, an optical pump source located opposite the reflector, a cylindrical lens, a plate of transparent material for radiation pumping, fixed by a frame on the housing opposite the optical pump source, and channels in the housing, the reflector being fixed inside the cavity of the housing, according to the invention, an active element it is fixed by clamps in the housing, the reflector is fixed to the bottom of the cavity of the housing, to which the holder is mounted, installed through the adjustment plate, an optical pump source is placed on the holder, which is used as a matrix of laser diodes, on the emitting part of which is placed a cylindrical lens located along the active element, the inlet and outlet nozzles are installed on the holder with channels connected to the channels of the holder, which are connected to the channels of the adjustment plate connected to Alami housing which are connected with the cavity of the housing, the adjusting elements are mounted between the frame and the housing.

Крепление отражателя к дну полости корпуса повысило надежность конструкции, так как крепление происходит по относительно большой площади и при этом отсутствуют требующие герметизации крепежные детали.The fastening of the reflector to the bottom of the housing cavity increased the reliability of the structure, since the fastening takes place over a relatively large area and there are no fasteners requiring sealing.

Установка держателя на корпус через регулировочную пластину позволило регулировать (путем изменения толщины пластины) расстояние от ИОН до АЭ и отражателя, что обеспечило наиболее равномерное и эффективное поглощение излучения накачки. Расположение цилиндрической линзы на излучающей части ИОН вдоль АЭ позволило оптимально собрать излучение накачки в АЭ (особенно эффективно при использовании АЭ с малым, по сравнению с шириной излучающей области ИОН, диаметром) и позволило избежать лишних потерь на дополнительных отражающих поверхностях, т.к. в этом случае линза непосредственно направляет излучение накачки в АЭ. Применение в качестве источника оптической накачки МЛД позволяет получить большую мощность накачки при минимальных габаритах конструкции. Конструкция при этом получается относительно простой.The installation of the holder on the housing through the adjustment plate made it possible to adjust (by changing the plate thickness) the distance from the ION to the AE and the reflector, which ensured the most uniform and efficient absorption of pump radiation. The location of the cylindrical lens on the radiating part of the ION along the AE made it possible to optimally collect the pump radiation in the AE (especially effective when using AE with a small diameter compared to the width of the emitting region of the ION) and avoided unnecessary losses on additional reflecting surfaces, because in this case, the lens directly directs the pump radiation into the AE. The use of MLD as an optical pumping source makes it possible to obtain a large pumping power with minimal design dimensions. The design is relatively simple.

Установка на корпус держателя с закрепленным на нем ИОН позволило организовать единый контур охлаждения ИОН и АЭ. Наличие патрубков, соединенных с каналами держателя, и дросселирующих каналов регулировочной пластины, соединяющих каналы корпуса и держателя, позволяет оптимально распределять потоки ОЖ между каналами охлаждения ИОН и АЭ, а также наиболее просто и эффективно организовать подвод, отвод ОЖ. Это положительно сказывается на эффективности охлаждения, а также снижает требования к точности изготовления деталей квантрона, к тому же обеспечивается жесткость и максимальная простота конструкции.Installation on the holder body with an ION mounted on it made it possible to organize a single cooling circuit for ION and AE. The presence of nozzles connected to the channels of the holder, and throttling channels of the adjustment plate connecting the channels of the housing and the holder, makes it possible to optimally distribute the coolant flows between the cooling channels of the ION and AE, as well as the most simple and efficient way to organize the supply and removal of coolant. This positively affects the cooling efficiency, and also reduces the requirements for the accuracy of manufacturing parts of the quantron, in addition, the rigidity and maximum simplicity of the design are provided.

Применение регулировочных элементов позволило (путем подбора их количества и (или) толщины) наиболее просто и надежно регулировать силу воздействия рамки на пластину при сборке квантрона. Это обеспечило надежное уплотнение соединения пластины с корпусом квантрона и ограничило давление рамки на пластину (которое может привести к ее разрушению). Применение прижимов позволило закрепить АЭ в корпусе наиболее простым способом, обеспечив высокую герметичность соединения. Это также повышает удобство сборки, настройки квантрона и замены АЭ.The use of adjusting elements allowed (by selecting their number and (or) thickness) to most simply and reliably control the force of the frame on the plate during the assembly of the quantron. This ensured reliable sealing of the connection between the plate and the quantron housing and limited the pressure of the frame on the plate (which can lead to its destruction). The use of clamps made it possible to fix the AE in the case in the simplest way, ensuring high tightness of the connection. It also improves the ease of assembly, quantron tuning and AE replacement.

Все это повысило эффективность накачки АЭ и охлаждения квантрона, а также привело к оптимизации конструкции. И, таким образом, позволило решить задачу увеличения мощности излучения, уменьшения массы и габаритов квантрона с одновременным повышением технологичности конструкции.All this increased the efficiency of AE pumping and quantron cooling, and also led to optimization of the design. And, thus, it was possible to solve the problem of increasing the radiation power, reducing the mass and dimensions of the quantron while increasing the manufacturability of the design.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.When conducting analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, no analogues were found that are characterized by features that are identical to all the essential features of this invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the set of essential features of the analogue allowed to identify the set of essential distinguishing features from the prototype set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».To verify the conformity of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. As a result of the search, no technical solutions with these characteristics were identified. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг. 1 представлен общий вид квантрона.In FIG. 1 shows a general view of a quantron.

На фиг. 2 представлен схематичный поперечный разрез квантрона.In FIG. 2 is a schematic cross section of a quantron.

На фиг. 3 представлен схематичный продольный разрез квантрона А-А.In FIG. 3 is a schematic longitudinal section of a quantron AA.

На фиг. 4 представлен общий вид корпуса квантрона.In FIG. 4 presents a General view of the body of the quantron.

В состав квантрона входят следующие детали и элементы (фиг 1-3): корпус 1, держатель 2, регулировочная пластина 3 (РП), входной и выходной патрубки 4, АЭ 5, ИОН 6, цилиндрическая линза 7, пластина 8, прокладка 9, рамка 10, регулировочные элементы 11, отражатель 12, прижимы 13, прокладки 14, кольцевые прокладки 15.The composition of the quantron includes the following parts and elements (Figs. 1-3): housing 1, holder 2, adjustment plate 3 (RP), inlet and outlet pipes 4, AE 5, ION 6, cylindrical lens 7, plate 8, gasket 9, frame 10, adjusting elements 11, reflector 12, clamps 13, gaskets 14, ring gaskets 15.

Корпус 1 включает в себя следующие элементы; уплотнительную канавку 1а, выступы 1b, отверстия 1с, поверхность 1d, скругленные углы 1e, 1f, поверхность 1g (фиг. 4). Рамка 10 содержит выступы 10а. Отражатель 12 содержит рабочую поверхность 12а.The housing 1 includes the following elements; sealing groove 1a, protrusions 1b, holes 1c, surface 1d, rounded corners 1e, 1f, surface 1g (Fig. 4). Frame 10 comprises protrusions 10a. The reflector 12 comprises a working surface 12a.

Квантрон содержит гидравлическую сеть, состоящую из следующих элементов: каналы а входных, выходных патрубков 4, каналы b, с, d держателя 2, дросселирующие отверстия е РП 3, каналы

g корпуса 1, полость h корпуса.The quantron contains a hydraulic network consisting of the following elements: channels a of the input and output pipes 4, channels b, c, d of the holder 2, throttling holes e RP 3, channels

g of housing 1, cavity h of the housing.

Основой конструкции квантрона является цельный корпус 1, в котором выполнена открытая с одной стороны полость h, имеющая прямоугольную форму со скругленными углами 1e. Внутри корпуса 1 в полости h расположен АЭ 5, зафиксированный в отверстиях 1 с прокладками 14 при помощи прижимов 13. В качестве АЭ может использоваться стержень из YAG:Nd или иного твердого лазерного материала. Вокруг полости h на поверхности 1d корпуса 1 выполнена уплотнительная канавка прямоугольной формы 1а со скругленными углами 1f, в которую уложена прокладка 9. Прокладка 9 выполнена круглой формы и после укладки в канавку 1а принимает ее форму. Сечение прокладки 9 круглое либо прямоугольное. Полость h герметично закрыта пластиной 8, прижатой к корпусу 1 через прокладку 9 рамкой 10. Пластина 8 выполнена из прозрачного для излучения накачки материала. Между корпусом 1 и рамкой 10 с двух сторон от пластины 8 установлены пакеты регулировочных элементов 11, изготовленных из жесткого материала (например, из металла). Подбирая их количество и (или) толщину, добиваются получения герметичного соединения пластины 8 и корпуса 1, при этом сжатие прокладки 9 производится усилием, гарантированно не приводящим к разрушению пластины 8, и достигается жесткий контакт рамки 10 и корпуса 1. Для предотвращения перемещения пластины 8 по поверхности 1d во время сборки и эксплуатации квантрона рамка 10 содержит выступы 10а, а корпус 1 выступы 1b. В полости h на поверхности 1g закреплен отражатель 12. Для защиты рабочей поверхности 12а отражателя 12 на нее может быть нанесено защитное покрытие (например, кварц), прозрачное для излучения накачки и стойкое к воздействию ОЖ. Корпус 1 содержит гидравлические каналы

, g.The basis of the design of the quantron is a one-piece housing 1, in which a cavity h is made open on one side and has a rectangular shape with rounded corners 1e. Inside the housing 1, in the cavity h, AE 5 is located, fixed in holes 1 with gaskets 14 by means of clamps 13. The rod made of YAG: Nd or other solid laser material can be used as AE. Around the cavity h on the surface 1d of the housing 1, a sealing groove of a rectangular shape 1a with rounded corners 1f is made in which the gasket 9 is laid. The gasket 9 is made in a round shape and after laying in the groove 1a takes its shape. The cross-section of the gasket 9 is round or rectangular. The cavity h is hermetically closed by a plate 8, pressed against the housing 1 through the gasket 9 by the frame 10. The plate 8 is made of a material transparent for pump radiation. Between the housing 1 and the frame 10 on two sides of the plate 8 installed packages of adjusting elements 11 made of hard material (for example, metal). Selecting their number and (or) thickness, they achieve a tight connection of the plate 8 and the housing 1, while the compression of the gasket 9 is made by a force that is guaranteed not to destroy the plate 8, and a hard contact of the frame 10 and the housing 1 is achieved. To prevent the movement of the plate 8 on the surface 1d during assembly and operation of the quantron, the frame 10 comprises protrusions 10a, and the housing 1 protrusions 1b. A reflector 12 is fixed in the cavity h on the surface 1g. To protect the working surface 12a of the reflector 12, a protective coating (for example, quartz) that is transparent to pump radiation and resistant to coolant can be applied to it. Housing 1 contains hydraulic channels

, g.

К корпусу 1 через РП 3 прикреплен держатель 2 с установленным на нем ИОН 6. Держатель 2 содержит каналы b, с, d и выполняет функцию теплообменника. Держатель 2 изготовлен из материала с высокой теплопроводностью (например, из меди или алюминия). В качестве ИОН использована матрица лазерных диодов. На ИОН 6 установлена цилиндрическая линза 7. РП 3 содержит дросселирующие отверстия е. Толщина РП 3 и диаметр отверстий подбирается при сборке и настройке квантрона.The holder 2 is attached to the housing 1 through the RP 3 with the ion 6 installed on it. The holder 2 contains channels b, c, d and acts as a heat exchanger. The holder 2 is made of a material with high thermal conductivity (for example, copper or aluminum). As an ION, a matrix of laser diodes was used. A cylindrical lens 7 is mounted on ION 6. RP 3 contains throttling holes e. The thickness of RP 3 and the diameter of the holes are selected during the assembly and tuning of the quantron.

На держатель 2 установлены входной, выходной патрубки 4 с каналами а. Для герметизации соединений корпуса 1, РП 3, держателя 2, патрубков 4 использованы кольцевые прокладки круглого сечения 15. Прокладки уложены в закрытые канавки. Все элементы квантрона, контактирующие с ОЖ, изготовлены из стойких к ее воздействию материалов либо с применением защитных покрытий.On the holder 2 installed inlet, outlet pipe 4 with channels a. To seal the connections of the housing 1, RP 3, holder 2, nozzles 4, annular gaskets of circular cross section 15 are used. The gaskets are laid in closed grooves. All quantron elements in contact with the coolant are made of materials resistant to its action or with the use of protective coatings.

Квантрон работает следующим образом. На ИОН 6 подается напряжение питания, ИОН 6 начинают генерировать излучение накачки, профиль которого формируется линзой 7. Излучение накачки, проходя окно 8 и ОЖ внутри полости h корпуса 1, поглощается АЭ 5. Часть излучения накачки, не поглотившаяся в АЭ 5 и прошедшая сквозь него, возвращается обратно отражателем 12. При этом профиль отраженного излучения накачки задается формой рабочей поверхности 12а отражателя 12. Помимо этого, подбором толщины РП 3 можно подобрать положение ИОН 6 относительно АЭ 5 и отражателя 12, при котором поглощение излучения накачки максимально.Quantron works as follows. A voltage is supplied to ION 6, ION 6 begin to generate pump radiation, the profile of which is formed by lens 7. The pump radiation passing through the window 8 and coolant inside the cavity h of the housing 1 is absorbed by AE 5. Part of the pump radiation that was not absorbed in AE 5 and passed through it is returned back by the reflector 12. In this case, the profile of the reflected pump radiation is determined by the shape of the working surface 12a of the reflector 12. In addition, by choosing the thickness of the RP 3, one can choose the position of the ION 6 relative to AE 5 and the reflector 12, in which the absorption of radiation I am pumping as much as possible.

Часть поглощенной АЭ 5 энергии накачки идет на тепловые потери. При длительной работе тепловыделение достаточно высоко, поэтому требуется охлаждение АЭ 5. В ИОН 6 часть электрической энергии тратится на тепловые потери, поэтому его также необходимо охлаждать. Охлаждение АЭ 5 и ИОН 6 происходит следующим образом.Part of the pump energy absorbed by AE 5 is spent on heat loss. During long-term operation, heat dissipation is high enough, therefore cooling of AE 5 is required. In ION 6, part of the electric energy is spent on heat loss, therefore it must also be cooled. The cooling of AE 5 and ION 6 is as follows.

ОЖ подается в квантрон через канал а входного патрубка 4 (например, левого на фиг. 3) и поступает в канал b держателя 2. В канале b ОЖ разделяется на потоки охлаждения АЭ 5 и ИОН 6. Оптимальное распределение ОЖ между этими потоками осуществляется подбором диаметра отверстий е РП 3 и, соответственно, изменением гидравлического сопротивления контура охлаждения АЭ 5. Подбор диаметра отверстий е осуществляется при настройке квантрона.The coolant is fed into the quantron through the channel a of the inlet pipe 4 (for example, the left one in Fig. 3) and enters the channel b of the holder 2. In channel b, the coolant is divided into cooling flows AE 5 and ION 6. The optimal distribution of coolant between these flows is carried out by selecting the diameter holes e RP 3 and, accordingly, by changing the hydraulic resistance of the cooling circuit AE 5. The selection of the diameter of the holes e is carried out when setting the quantron.

Охлаждение ИОН 6 происходит следующим образом: ОЖ из канала b попадает в канал с, а затем в каналы d держателя 2, имеющего тепловой контакт с ИОН 6. Пройдя по каналам d и охладив ИОН 6, ОЖ попадает через каналы с, b держателя 2 в канал а выходного патрубка 4 и выводится из квантрона.ION 6 is cooled as follows: coolant from channel b enters channel c, and then into channels d of holder 2, which is in thermal contact with ION 6. After passing through channels d and cooling ION 6, coolant enters through channels c, b of holder 2 to channel a of the outlet pipe 4 and is removed from the quantron.

Для охлаждения АЭ 5 ОЖ из канала b держателя 2 через дросселирующие отверстия е РП 3 и каналы

, g корпуса 1 поступает в полость h. Полость h корпуса 1 совместно с пластиной 8 и отражателем 12 образуют камеру охлаждения АЭ 5. Пройдя вдоль поверхности АЭ 5 и охладив его, ОЖ попадает через каналы g,

корпуса 1, дросселирующие отверстия е РП 3 в канал b держателя 2, откуда выводится из квантрона через канал а выходного патрубка 4.To cool the AE 5 coolant from channel b of the holder 2 through the throttling holes e RP 3 and channels

, g of the housing 1 enters the cavity h. The cavity h of the housing 1 together with the plate 8 and the reflector 12 form the cooling chamber of the AE 5. Having passed along the surface of the AE 5 and having cooled it, the coolant enters through the channels g,

case 1, the throttling holes e RP 3 in the channel b of the holder 2, from which it is removed from the quantron through the channel a of the outlet pipe 4.

На основании данного технического решения создан квантрон на YAG:Nd с запасенной в инверсии энергией до 0,1 Дж для работы в импульсно-периодическом лазере с длиной волны излучения 1,064 мкм и частотой следования импульсов выходного излучения до 100 Гц. При этом ограничение на время работы лазера из-за перегрева квантрона отсутствует. Габаритные размеры квантрона (без учета патрубков): 50×30×25 мм, масса - 0,11 кг.Based on this technical solution, a YAG: Nd quantron was created with an energy stored in inversion of up to 0.1 J for operation in a repetitively pulsed laser with a radiation wavelength of 1.064 μm and a pulse repetition rate of output radiation of up to 100 Hz. In this case, there is no restriction on the operating time of the laser due to overheating of the quantron. Overall dimensions of the quantron (excluding nozzles): 50 × 30 × 25 mm, weight - 0.11 kg.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:Thus, the data presented indicate that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в лазерной и оптико-механической промышленности при изготовлении устройств для медицины, технологии и других целей;- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in the laser and optical-mechanical industry in the manufacture of devices for medicine, technology and other purposes;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.- for the claimed device in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation is confirmed.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims

A small-sized liquid-cooled quantron contains an active element in the form of a rod and a reflector installed in a rectangular cavity of the case, an optical pump source located opposite the reflector, a cylindrical lens, a plate of transparent material for pump radiation, fixed by a frame on the case opposite the optical pump source, and channels in case, the reflector is fixed inside the cavity of the case, characterized in that the active element is fixed by clamps in the case, the reflector is fixed to the bottom of the cavity a pus to which a holder is mounted, mounted through an adjustment plate, an optical pump source is placed on the holder, which uses a matrix of laser diodes, on the emitting part of which there is a cylindrical lens located along the active element, an input, output pipe with channels is installed on the holder, connected to the channels of the holder, which are connected to the channels of the adjustment plate, connected to the channels of the housing, which are connected to the cavity of the housing, between the frame and the housing Mustache installed adjusting elements.