无TEC恒温小型风冷重频DPL激光器制造技术

技术编号:12269454 阅读:157 留言:0更新日期:2015-11-04 11:01
本发明专利技术提出的一种无TEC恒温小型风冷重频DPL激光器,旨在提供一种脉冲重复频率稳定,激光能量输出大,可靠性高,能在-40℃~+65℃高低温环境和一定冲击振动环境下可靠工作的DPL激光器。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现:安装在同一钛合金金属框结构面上的输出镜和全反射镜,位于180°折叠谐振腔的同一面,同时在钛合金框体的另一端,采用三面相互垂直的四面体三棱镜作为180°光路折叠镜;二极管激光阵列泵浦源在低温至常温-40℃~+39℃区域,由位于风冷散热片下面的陶瓷加热片快速加热,当加热至正常工作温度范围时,温度传感器动作控制陶瓷加热片停止加热,当二极管激光阵列泵浦源温度高于+70℃时,由位于二极管激光阵列泵浦源热沉下方的高速冷却风机快速冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工作于高低温环境的无TEC恒温小型风冷重频DPL激光器
技术介绍
随着全固态激光器向超高功率发展的技术进步,核心元器件的总功率大幅度增长而物理尺寸却要求小型化,热流密度也随之增加,要求对其进行更加有效的热控制;工作物质的热效应也限制了固体激光器向更高功率方向发展,对工作物质进行有效的热控制一直是关注的焦点。全固态激光器DPL(激光二极管栗浦固态激光器)由于具有转换效率高、光束质量好、工作寿命长、结构紧凑、稳定可靠等一系列传统灯栗浦固体激光器无法比拟的优点,近年来发展极为迅速,已成为固体激光器发展的主流。并广泛的应用于工业加工、彩色印刷、显示和医疗、通讯、军事等众多领域。就全固态激光系统而言,热管理的范围主要包括栗浦源、激光工作介质,驱动源、附属元件(如谐波发生器)等的热管理.激光工作介质的热管理问题主要表现在工作物质在栗浦过程的热效应问题:栗浦源向固体激光介质提供产生激光所需能量的同时,在介质中造成无用热。为了持续工作,必须及时从激光介质中消除这些无用热(热效应),即减小“热效应”。这些热效应既限制了激光器的输出平均功率,同时产生畸变导致激光光束质量下降,使输出激光的能量降低。而对栗浦源的热管理问题则主要针对激光二极管阵列,它的应用极大地提高了固体激光系统的效率,然而,要将工作温度控制在相对窄的范围内,需要有比较完善的热控制系统,这一点与闪光灯栗浦激光器是不同的,在端面栗浦系统中,通过温度来调谐激光二极管的输出波长,使之与激光器峰值吸收谱线相匹配;并通过TE致冷器控制阵列的温度,维持得到的波长,这种方法对于小型激光器很有效,在大系统中,通常就会采用液冷回路来维持半导体激光器不受到环境温度的影响。不过制冷效率通常不会超过I,点输入功率相当于需要控制的热量,因此,产生大热量的系统中,输入的电功率就相当高,同时制冷效率很低,这是很大的一个问题,在技术上是一个极大的挑战。—般的小型重频固体二极管栗浦DPL (D1de Pump Laser)固体脉冲激光器,采用半导体二极管激光器作为栗浦源。二极管激光阵列栗浦源波长随温度变化而变化,要求的工作温度范围宽,从-40 0C?+650C,在此温度范围内,二极管激光阵列栗浦源的波长变化很大。为了保证栗浦源的波长维持在Nd: YAG晶体的吸收峰808nm内,必须对二极管激光阵列栗浦源恒定温度。普通的二极管激光阵列栗浦源的有效工作温度范围很窄,恒定温度值一般仅是一个温度点。在这个温度点上,栗浦源才能稳定的发射808nm波长,否则会大大降低DPL激光器的效率,而不能使用。为避免上述缺陷,现有技术一般的小型DPL重频脉冲固体激光器都采用热电制冷TEC (ThermoElectric Cooler)温度控制器对二极管激光阵列栗浦源进行恒温。TEC温度控制器,也称半导体制冷片控制器,是一种能够依据通过TEC的电流走向来使物体制冷和制热的半导体装置。TEC温度控制器电子模块。虽然可以精确地调整物体的温度、稳定性可靠性高并且尺寸小,可用于激光系统的温度控制等。但TEC恒温带来若干不足之处在于,TEC制冷效率较低,不足40%,其余60%作为废热需要带走,这无疑增加了功耗和散热的负担;其次,TEC工作在制冷状态时,其热端产生的热量必须及时带走,否则会大大降低TEC的制冷效率;TEC热端的热量会瞬间传到制冷端,导致TEC控温失效,二极管激光阵列栗浦源温度漂移,DPL激光器会无激光输出;温度过高时,容易损毁DPL激光器,这在小型机载密封吊舱中尤为严重。如果加大TEC热端的散热体积,会增大整个激光器的体积重量,而不能满足技术指标。另外TEC控温另一个不足之处是,在低温-40°C时,要求DPL激光器能够快速启动发射激光,因其TEC此时升温效率较低,一般需要几分钟才能达到栗浦源的有效工作温度,从而才能发射激光,这就制约了该激光器的应用范围。位于固体激光器激光谐振腔两端的输出镜和全反射镜,通常安装在不同的金属结构面上,在高温及振动环境下,金属结构变形容易导致激光谐振腔的变形,导致它难于在_40°C?+65°C的高低温以及冲击、振动环境下可靠的工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在不足之处,提供一种脉冲重复频率稳定,激光能量输出大,可靠性高,体积小、重量轻,结构紧凑,能在_40°(:?+65°(:高低温环境和一定冲击、振动条件下可靠工作的无TEC恒温风冷小型重频Nd:YAG固体脉冲DPL激光器。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是,一种无TEC恒温小型风冷重频DPL激光器,包括二极管激光阵列栗浦源模块、安装在箱体盖板上,采用+40°C?+70°C宽温度范围的二极管激光阵列栗浦源15,安装于同一钛合金金属框体17结构面一端上的输出镜1、全反射镜2和与安装在钛合金框体17另一端的四面体三棱镜9 一起组成的180°折叠谐振腔,其特征在于,安装在同一钛金属框17结构面上的输出镜I和全反射镜2位于180°折叠谐振腔的同一面,同时在钛合金框体17的另一端,采用一个三面相互垂直的四面体三棱镜9作为180°光路折叠镜;二极管激光阵列栗浦源15在低温至常温范围-40°C?+39°C下,由位于风冷散热片13下面的陶瓷加热片12快速加热,当加热至正常工作温度范围时,温度传感器16动作控制陶瓷加热片12停止加热,当二极管激光阵列栗浦源15温度高于+70°C时,由位于二极管激光阵列栗浦源热沉11下方的高速冷却风机14快速冷却。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。本专利技术采用了 +40°C?+70°C宽温度范围的二极管激光阵列栗浦源15,二极管激光阵列栗浦源15具有宽+40°C?+70°C的工作温度范围,且具有高的电光效率。 本专利技术用一个高效陶瓷加热片12替代TEC恒温器,从而解决了上述若干问题,使这样的小型风冷DPL固体脉冲激光器,能在-40°C?+65°C环境下,无TEC恒温,以20Hz?30Hz脉冲重复频率稳定可靠的工作,激光输出能量100-150mJ,激光束散小、光束质量高且激光器体积小,能适于多种机载或车载激光测距/指示仪。本专利技术的这种激光器同时解决了体积要求小、输出能量要求大的问题,能够满足车载或机载激光测距机/指示仪对体积重量的要求。本专利技术中激光谐振腔的输出镜I和全反射镜2位于其谐振腔的同一面,即安装在同一钛金属框17体结构面上,此时,若结构件有高低温或冲击振动导致的形变,则输出镜1、全反镜2两者同时同方向变化,不会影响谐振腔的光路变化,同时在钛合金框体17的另一端,采用一个三面相互垂直的四面体三棱镜9作为180°光路折叠镜,利用其入射光线始终与出射光线平行的原理,保证激光谐振腔的稳定可靠。本专利技术的这种结构使得该激光器能够在-40°C?+65°C的高低温以及冲击、振动环境下可靠的工作。本专利技术由于采用了 +40°C?+70°C宽温度范围的二极管激光阵列栗浦源15,用一个高效陶瓷加热片12替代TEC恒温器,使这样的小型风冷DPL固体脉冲激光器,驱动稳定性高、响应速度高、效率高,能在_40°C?+65°C环境下,无TEC恒温,以20Hz?30Hz脉冲重复频率稳定可靠的工作,激光输出能量100-150mJ,激光束散小、光束质当前第1页1 2 3&nb本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种无TEC恒温小型风冷重频DPL激光器,包括安装在箱体盖板上的+40℃~+70℃宽温度范围的二极管激光阵列泵浦源(15)、安装于同一钛合金金属框体(17)结构面一端上的输出镜(1)、全反射镜(2)和与安装在钛合金框体(17)另一端的四面体三棱镜(9)一起组成的180°折叠谐振腔,其特征在于,安装在同一钛金属框(17)结构面上的输出镜(1)和全反射镜(2)位于180°折叠谐振腔的同一面,同时在钛合金框体(17)的另一端,采用一个三面相互垂直的四面体三棱镜(9)作为180°光路折叠镜;二极管激光阵列泵浦源(15)在低温‑40℃~+39℃下,由位于风冷散热片(13)下面的陶瓷加热片(12)快速加热,当加热至正常工作温度范围时,温度传感器(16)动作,控制陶瓷加热片(12)停止加热,当二极管激光阵列泵浦源(15)温度高于+70℃时,由位于二极管激光阵列泵浦源热沉(11)下方的高速冷却风机(14)快速冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:赵刚杨闯李慧君高恒贺廿六靳国华彭春
申请(专利权)人:西南技术物理研究所
类型:发明
国别省市:四川;51

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