[實用新型]薄片激光介質的溫度控制裝置

無效

• 申請號: 201120056095.0
• 申請日: 2011-03-06
• 公開（公告）號: CN201966487U
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 馮國英;周壽桓;杜永兆;楊火木
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 劉雙蘭

技術領域

本實用新型涉及一種激光介質的溫度控制技術，特別涉及一種薄片激光介質的溫度控制裝置，屬于固體激光技術領域。

背景技術

在高平均功率全固態激光器的發展過程中，提高二極管泵浦全固態激光系統的輸出功率和亮度一直是激光研究者的主要任務和目標。然而，在全固態激光器系統中，激光介質吸收二極管泵浦光能量，在引起激活粒子數反轉產生激光振蕩時，只有一部分的泵浦光能量轉換為激光輻射，而其余部分能量則由無輻射躍遷以及被晶體吸收并轉變成熱能沉積在激光介質內部，這就使得全固態激光器的激光介質的內部形成非均勻的溫度場分布，由此會引起激光介質內部產生熱應力以及激光介質端面變形和波前熱畸變等問題，從而產生一系列的熱效應問題。如熱致非球面厚透鏡效應、熱致應力雙折射退偏效應等現象；這些現象不僅不利于激光器諧振腔的設計而且還會使激光光束質量下降，同時限制了激光輸出功率的進一步提高。

因此為了緩解激光介質內部的熱效應對激光輸出產生不利的影響，必須從根本上減少熱量、熱流密度以及熱流的傳導路程對激光輸出光場的影響。關于這方面激光研究者已建立了許多模型裝置，其中較為理想的模型是由德國斯圖加特大學的Giesen.A博士等人在文獻“Giesen.A，Hugel.H?Voss.A，etal.Scalable?concept?for?diode-pumped?high?power?solid-state?lasers，Appl.Phys?B，1994，58：365-372.”中報道的二極管泵浦的薄片激光器結構，在很大程度上克服了固體激光器中固有的熱效應問題。由于薄片激光器的激光介質厚度相對它的口徑尺度來說很小，即使使用非常高的泵浦能量也不會在薄片晶體上產生大的溫度梯度，因此也就大大降低了熱效應。但是薄片激光器在實際工作過程中很難做到整個口徑均勻泵浦，并且薄片各個面的冷卻條件不同，薄片激光介質中也會產生非均勻的溫度梯度分布，在高功率工作時也會不可避免地引起嚴重的熱效應，從而也導致了激光輸出功率難于進一步的提高和光束質量的下降的問題。

發明內容

本實用新型的目的正是在于克服現有技術中所存在的缺陷與不足，而提供一種薄片激光介質的溫度控制裝置；該裝置是利用半導體制冷片陣列對激光介質分區域進行溫度控制，根據實際檢測到的各激光介質子區域的實際溫度分布情況不同，半導體制冷片對其分別做出制冷或者制熱響應，從而實現對激光介質整體溫度的精確動態控制。

為實現本實用新型的上述目的，本實用新型采用以下技術措施構成的技術方案來實現的。

本實用新型提出的一種薄片激光介質溫度控制裝置，包括激光介質、焊接層、熱沉、導熱膠、散熱器、風扇及固定架、閉環電路控制系統和計算機系統；按照本發明，還包括由若干半導體制冷片組成的半導體制冷片陣列，半導體制冷片的冷端面及熱端面，溫度傳感器；所述各半導體制冷片的冷端面與對應的溫度傳感器連接；各半導體制冷片的冷端面通過導熱膠與熱沉連接；半導體制冷片的熱端面與散熱器緊密連接；閉環電路控制系統與溫度傳感器、半導體制冷片、風扇、以及計算機系統連接。

上述技術方案中，所述的熱沉的厚度為0.5-5mm。

上述技術方案中，所述的半導體制冷片陣列的形狀可以是矩形、或者方形、或者圓形，或者與激光介質的分布形狀相對應。

上述技術方案中，所述的半導體制冷片陣列的排列方式可以為方形陣列、或者矩形陣列、或者扇形陣列。

本實用新型所述的裝置中，當薄片激光器工作時，激光介質的溫度通過焊接層、熱沉、導熱膠等傳導至半導體制冷片陣列上的半導體制冷片的冷端面上；溫度傳感器實時檢測半導體制冷片的冷端面上的實際溫度，溫度傳感器將該實際溫度發送至計算機系統，計算機系統發出溫度控制信號，該溫控信號通過閉環電路控制系統實時反饋給半導體制冷片，半導體制冷片則根據溫度控制信號對激光介質各子區域做出制冷或者制熱響應，從而實現對激光介質子區域溫度的精確控制，進而達到對激光介質整體溫度的精確控制的目的。

本實用新型與現有技術相比具有以下特點和有益技術效果：

1、本實用新型所提出的薄片激光介質的溫度控制裝置，采用半導體制冷片陣列作為激光介質的溫度控制元件，與傳統的單一的制冷方式相比，能夠實現對激光介質分區域制冷或者制熱，從而達到對激光介質溫度整體控制的目的，克服了傳統制冷方式冷卻不均的問題。