[發(fā)明專利]一種全腔水冷固體激光器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410349482.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104078824B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田兆碩;苗杰光;張延超;曲婷;崔子浩;付石友
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): H01S3/042
• 分類號(hào): H01S3/042
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所37202
• 代理人: 王元生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全腔水冷固體激光器。

背景技術(shù)

固體激光器是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ模糜讷@得高功率、高光束質(zhì)量激光輸出的有效手段之一。高功率固體激光器在工業(yè)加工、材料處理、航空航天、軍事等領(lǐng)域具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，在極高的泵浦水平下，固體激光介質(zhì)內(nèi)的熱效應(yīng)比較嚴(yán)重，在很大程度上限制了此類激光器輸出功率的進(jìn)一步提高。為提高泵浦均勻性、減小固體激光介質(zhì)內(nèi)的熱梯度，研究人員提出了包括環(huán)繞泵浦的圓棒激光器、板條激光器、熱熔激光器等多種結(jié)構(gòu)和泵浦方式在內(nèi)的固體激光器。例如，中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN102064469A公開(kāi)了一種二極管泵浦板條固體激光器；中國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)CN103178435A公布了一種高功率高重頻脈沖激光器。但是，上述方案中固體激光介質(zhì)的冷卻方式，都局限在對(duì)介質(zhì)側(cè)面通過(guò)直接通水方式冷卻或水冷熱沉傳導(dǎo)冷卻，而介質(zhì)的激光發(fā)射端面則是直接暴露在空氣中，均未采取有效的制冷措施。因此，固體激光介質(zhì)內(nèi)的熱梯度，特別是長(zhǎng)度方向的熱梯度很難得到有效降低，進(jìn)而限制了激光器的輸出功率水平。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中激光介質(zhì)內(nèi)熱梯度較大、散熱效果不好的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，能夠快速傳導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，散熱效果好，有效地降低激光介質(zhì)內(nèi)的熱梯度，便于實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量輸出的全腔水冷固體激光器。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：一種全腔水冷固體激光器，包括反射體、固體激光介質(zhì)、泵浦源、平面全反鏡和平面輸出鏡，所述筒形的反射體兩端密封連接有端蓋，反射體和端蓋構(gòu)成聚光腔，所述平面全反鏡和平面輸出鏡構(gòu)成激光諧振腔，其特征在于：所述聚光腔內(nèi)部充滿冷卻水，所述固體激光介質(zhì)通過(guò)支架固定于聚光腔內(nèi)的中心位置，并完全浸沒(méi)在聚光腔內(nèi)的冷卻水中；所述端蓋中心設(shè)有嵌入式鏡座和窗口鏡片，所述窗口鏡片貼近固體激光介質(zhì)的兩個(gè)端面放置。

進(jìn)一步地，所述反射體的結(jié)構(gòu)為空心圓柱體，材料為聚四氟乙烯或?qū)崃己谩?nèi)表面鍍金的金屬材料。

進(jìn)一步地，所述反射體側(cè)壁設(shè)有進(jìn)水口和出水口，所述進(jìn)水口設(shè)置在反射體的側(cè)壁下方，出水口設(shè)置在反射體的側(cè)壁上方。

進(jìn)一步地，所述窗口鏡片為K9平面鏡，接觸冷卻水的一面未鍍膜僅拋光處理。

進(jìn)一步地，所述固體激光介質(zhì)的結(jié)構(gòu)為圓棒，或?yàn)榫匦巍⑵叫兴倪呅巍⑤椛錉畹陌鍡l。

進(jìn)一步地，所述支架由耐高溫、耐腐蝕材料制作而成，支架中心設(shè)有固定固體激光介質(zhì)的圓孔，邊緣設(shè)有冷卻水流通的 “U”形槽。

進(jìn)一步地，所述窗口鏡片與固體激光介質(zhì)端面間的距離為1-2mm。

進(jìn)一步地，所述反射體和端蓋之間設(shè)有“O”型橡膠圈，并通過(guò)螺釘壓緊固定。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：第一，本發(fā)明所述固體激光介質(zhì)，完全浸沒(méi)在所述聚光腔內(nèi)的冷卻水中，介質(zhì)所有的端面和側(cè)面都成為冷卻面，可將其內(nèi)部產(chǎn)生的熱量快速、有效地傳遞到周圍的冷卻水中并及時(shí)導(dǎo)走，極大地降低了熱效應(yīng)產(chǎn)生的影響，有利于實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量激光輸出。第二，本發(fā)明采用環(huán)繞、對(duì)稱的泵浦方式，結(jié)合具有較高反射率的聚光腔，提高了泵浦光的利用率及泵浦光在固體激光介質(zhì)內(nèi)分布的均勻性，有利于降低介質(zhì)內(nèi)的熱梯度。第三，由于本發(fā)明所述窗口鏡片的折射率與水的折射率相差較小（小于0.3），故其接觸界面的光透過(guò)率極高，無(wú)需鍍?cè)鐾改ぃ欣诠?jié)約成本和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明激光介質(zhì)完全浸沒(méi)在所述聚光腔內(nèi)的冷卻水中，介質(zhì)所有的端面和側(cè)面都成為冷卻面，能夠?qū)⒓す饨橘|(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量快速、有效地傳遞到周圍的冷卻水中并及時(shí)導(dǎo)走。對(duì)照現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，能夠快速、有效地傳導(dǎo)激光介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，降低激光介質(zhì)內(nèi)的熱梯度，極大地降低了熱效應(yīng)產(chǎn)生的不利影響，有利于實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量。是一種理想的全腔水冷固體激光器。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)主視剖面圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)主視剖面圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)主視剖面圖。

圖4是本發(fā)明中支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1.平面全反鏡；2.平面輸出鏡；3.固體激光介質(zhì)；4.泵浦源；5.反射體；6.窗口鏡片；7.嵌入式鏡座；8.端蓋；9.“O”型橡膠圈；10.進(jìn)水口；11.出水口；12.支架；13.冷卻水；14.柱面透鏡；15.圓孔；16.“U”型槽。

具體實(shí)施方式