[發明專利]一種基于燃料噴燃泵浦的直接液冷高功率激光增益裝置

有效

• 申請號: 202011306782.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112467506B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 唐淳;易家玉;胡浩;涂波;阮旭;高清松
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S3/0937
• 分類號: H01S3/0937;H01S3/04;H01S3/16
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 陽佑虹

本發明公開了一種燃料噴燃泵浦的直接液冷高功率激光增益裝置，涉及高能激光技術領域。增益裝置包括：用于獲得激光增益的增益介質、裝置內框、激光冷卻液體、冷卻液入口、冷卻液出口、裝置外框、用于噴射燃料并實現燃燒的燃料噴口和點火塞、高速氣流入口、廢氣排出口、用于燃料燃燒的燃燒腔室。與現有技術相比本發明重點采用裝置內外框分離設計，同時可以通過設計合適的噴射量、噴射角度、點火時間實現燃料在開放式的燃燒腔體內可控燃燒，保證了光泵浦的均勻性和強度。另一方面本發明采用直接液冷的方式對激光增益介質進行冷卻保證了有效的熱管理，不僅可以實現在持續的高功率激光輸出，輸出激光光束質量好，同時裝置緊湊、小巧，滿足多種應用場景使用。

技術領域

本發明涉及高能激光技術領域，尤其是一種基于燃料噴燃泵浦的直接液冷高功率固體激光增益裝置。

背景技術

自1960年第一臺激光器問世以來，激光技術(尤其是高功率激光)獲得了極大的發展。高功率固體激光器以其輸出能量大、峰值功率高、可靠性高、使用壽命長的優勢，廣泛應用于工業、醫療、科研、國防等領域。目前，高功率激光器常采用的泵浦源為電光源，如二極管疊陣、閃光燈等。盡管電光源泵浦是一類較為便利的方式，但其能量轉換過程較多、配套要求高，尤其是針對高功率激光光源。燃料泵浦激光器是利用燃料在燃燒過程中發出的強光作為泵浦源，其突出特點是工作過程中能源自給，無需供電、光源配套設施較少，同時無需復雜的泵浦耦合系統，因此該類激光器具有結構簡單、緊湊且可完全獨立運行的優勢，可以滿足多種無足夠保障條件場景(如太空、戰場)的使用。

常見的燃料泵浦激光器主要有兩類：固體煙火藥泵浦和化學閃光泡泵浦。固體煙火藥泵浦是將固體藥劑包裹在電阻絲上，電阻絲通電后升溫引發煙火反應，產生強光進行泵浦；化學閃光泡結構與普通燈泡類似，閃光泡內部充滿氧氣和松散的鋯絲，通電加熱時鋯絲與氧氣反應發出耀眼的閃光進行泵浦。這兩種泵浦方式都存在的問題包括：(1)泵浦燃料的補充，即無法快速完成泵浦燃料的補充而只能采取單個或者極少數脈沖工作的方式；(2)無法實現高平均功率輸出，由于工作的脈沖次數較少且無有效的熱管理方式，使得無法長時間高功率輸出。

因此，優化燃料的供給方式、增強激光光源的熱管理效果是提高燃料泵浦激光光源輸出功率的關鍵。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種料噴燃泵浦的直接液冷高功率激光增益裝置，在實現快速的持續燃料補給的同時提供有效熱管理。

本發明采用的技術方案如下：

一種燃料噴燃泵浦的直接液冷高功率激光增益裝置，所述增益裝置包括：用于獲得激光增益的增益介質(1)、裝置內框(2)、激光冷卻液體(4)、冷卻液入口(5)、冷卻液出口(6)、裝置外框(7)、用于噴射燃料并實現燃燒的燃料噴口(8)和點火塞(9)、高速氣流入口(10)、廢氣排出口(11)、用于燃料燃燒的燃燒腔室(12)。

進一步的，所述激光增益裝置的裝置內框(2)外設有裝置外框(7)，且裝置內框(2)與裝置外框(7)分離；

所述裝置內框(2)用于固定增益介質(1)的位置及激光冷卻液(4)的流動，所述裝置外框(7)用于固定燃料噴口(8)及點火塞(9)。

進一步的，所述增益裝置還包括增益介質固定支架(3)，用于將增益介質(1)固定安裝在裝置內框(2)內。

進一步的，所述裝置內框(2)和裝置外框(7)之間形成供燃料燃燒的燃燒腔室(12)，用于燃料在腔室內的可控燃燒。

進一步的所述增益介質(1)的材料為晶體、陶瓷或玻璃，用于獲取高激光增益。

進一步的，裝置內框(2)上設置有激光冷卻液入口(5)和冷卻液出口(6)，激光冷卻液(4)由冷卻液入口(5)注入到增益介質(1)和裝置內框(2)之間的腔室中，帶走熱量后由冷卻液出口(6)流出，實現對增益介質(1)的冷卻。