[發明專利]棒狀激光放大器均勻冷卻裝置

有效

• 申請號: 201210449379.5
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN102931570A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 任志遠;朱健強;馮滔;張雪潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/042
• 分類號: H01S3/042
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及大功率固體棒狀放大器的均勻冷卻結構，能改善激光發射階段增益介質的溫度梯度，在冷卻階段能夠有效的對棒狀放大器進行均勻冷卻的方法和結構。它是一種用于氙燈泵浦高功率激光放大器中，能實現對棒狀放大器的有效均勻冷卻。

背景技術

大功率放大器中，棒狀放大器作為一個必不可少的放大單元，廣泛應用在核約束聚變的研究裝置中。在傳統棒狀放大器中，增益介質采用圓棒狀，在聚光腔中用氙燈進行抽運，封在石英套管中采用冷卻介質對其進行冷卻。但是由于氙燈光譜的不連續性及在氙燈泵浦過程中的量子虧損效應，氙燈的大部分能量以熱量的形式沉積在棒狀放大器中。熱量沉積會造成棒狀放大器本身產生溫度梯度，溫度梯度的存在會引起通過棒狀放大器的光束產生應力雙折射以及熱透鏡效應，甚至會造成棒狀放大器產生裂紋。為了消除溫度梯度的不利影響，對棒狀放大器進行有效的冷卻是必須的。水對流冷卻棒狀放大器作為一種冷卻快速，節能的冷卻方式，被廣泛應用于棒狀放大器的冷卻中。但是利用對流換熱技術對棒狀放大器進行冷卻過程中，由于冷卻水本身重力以及進口速度方向的影響，進入棒狀放大器系統內的冷卻介質在冷卻通道內壓力分布不均勻，冷卻通道入口附近最低壓力小于該處溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓力時，液體便在冷卻通道入口處開始氣化而產生氣泡；如果壓力繼續降低，氣泡及其區域會逐漸增大和擴大，與此同時一部分原來可能溶解在液體中的某些活潑氣體，也會由于壓力降低而逸出重新成為氣泡。產生的氣泡隨著液體不斷被帶走，又在原處不斷產生新的氣泡。當以上這些氣泡隨液流進入冷卻通道高壓區時，它們受壓又會迅速凝縮甚至破碎消失。在氣泡消失的瞬間，氣泡周圍的液體迅速進入氣泡凝失產生的空穴，造成液體互相撞擊。如果這些氣泡在棒狀放大器壁面附近破滅，則周圍的液體以極高頻率連續撞擊棒狀放大器表面。棒狀放大器表面因沖擊、疲勞而被破壞。

發明內容

本發明的目的在于提供一種蒸餾水冷卻棒狀放大器的裝置，以解決棒狀激光放大器泵浦過程中的能量沉積引起的光束質量偏差以及冷卻水在棒狀放大器圓周周圍的壓力分布不均及氣泡的產生。從而實現大功率棒狀放大器的均勻冷卻。

本發明的技術解決方案如下：

一種棒狀激光放大器均勻冷卻裝置，其特點在于，該裝置由密封套頭、水套管、冷卻介質和激光棒四部分組成：

所述的密封套頭包括外螺釘、壓管、外密封圈、水套頭、分流圈、內密封圈、壓圈和內螺釘，

所述的水套頭是一個套筒，自內向外依次是具有不同直徑的同軸的第一階梯孔、第二階梯孔、水孔、第三階梯孔和第四階梯孔，所述的第三階梯孔的直徑與所述的激光棒的外徑相等，所述的水孔的直徑大于所述的激光棒的外徑，該水孔壁上設有進水口或出水口，所述的第二階梯孔的直徑大于所述的水孔的直徑，所述的第一階梯孔的直徑大于所述的第二階梯孔的直徑，所述的第四階梯孔的直徑大于第三階梯孔的直徑，所述的水套頭內端面的圓周設有多個第一螺孔，在水套頭外端面的圓周設有多個第二螺孔；

所述的分流圈是一個圓環片，該分流圈的內徑與所述的激光棒的直徑相同，分流圈的外徑與所述的水套管的外徑及第二階梯孔的直徑相同，該圓環片的周向均勻地分布的3～9個斜孔，斜孔的軸線與所述的激光棒的軸線成30o～60o角度；

所述的壓圈是一個圓環，該圓環的內徑大于所述的激光棒的外徑，且一面為平面，另一面具有由內凸圓環平面和外圓環平面構成的階梯面，所述的內圓環平面的外徑與所述的水套頭的第一階梯孔直徑相同，所述的外圓環平面的內徑與所述的水套頭的第一階梯孔直徑相同，外圓環平面的外徑與所述的水套頭的外徑相同，在所述的外圓環平面構成上該壓圈的法蘭面，具有與所述的水套頭的第二螺孔相對應的通孔或螺孔；

所述的壓管是一個具有外延伸邊的套管，該套管的內徑與所述的激光棒的直徑相同，該套管的外徑與所述的水套頭的第四階梯孔的直徑相同，該壓管的外延伸邊具有與所述的水套頭外端面的第二螺孔相對應的通孔或螺孔；