非线性光学晶体温控及光路调整装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非线性光学晶体温控及光路调整装置，包括光路调整部分以及温控部分。其中光路调整部分含有导热性能好的铜制加工零件若干、保温绝缘外壳，温控部分含有TEC制冷片、热敏电阻探头、散热风扇，温控部分还含有TEC温控专用集成芯片，内含完整PID控制算法、A/D和D/A采集和输出口、PWM式TEC驱动芯片、风机控制接口、与人机交互单元的通讯接口等；人机交互单元含有液晶显示板，操作按键、与控制单元的接口等；开关电源供电，实现市电转化为低压直流电。本发明专利技术可实现对内置的非线性晶体进行10‑100℃，控制精度为±0.1℃的恒温控制，并可以实现非线性光学晶体在光路中360︒旋转、上下俯仰、左右俯仰、光路传播方向的平移多维调整。

Temperature Control and Optical Path Adjustment Device for Nonlinear Optical Crystals

The invention discloses a temperature control and optical path adjustment device of a non-linear optical crystal, which comprises an optical path adjustment part and a temperature control part. Among them, the optical path adjustment part contains several copper processing parts with good thermal conductivity and insulating enclosures. The temperature control part contains TEC chiller, thermistor probe and cooling fan. The temperature control part also contains TEC temperature control special integrated chip, which includes complete PID control algorithm, A/D and D/A acquisition and output ports, PWM TEC driver chip. Air blower control interface, communication interface with human-computer interaction unit, etc. Human-computer interaction unit includes LCD display board, operation keys, interface with control unit, etc. Switching power supply, realizing the conversion of municipal power to low-voltage DC power. The invention can realize constant temperature control of built-in non-linear crystals at 10 100 C with a control accuracy of <0.1, and realize multi-dimensional adjustment of 360 rotation, up and down pitch, left and right pitch, and light path propagation direction of non-linear optical crystals in the optical path.

【技术实现步骤摘要】
非线性光学晶体温控及光路调整装置
本专利技术涉及光学晶体控制装置领域，具体是一种非线性光学晶体温控及光路调整装置。
技术介绍
非线性光学晶体是一种利用其在强激光、强外场等作用下，发生二次及以上非线性效应，进行对现有激光的波长、波长范围进行扩展的器件，可进行倍频、混频、参量振荡及光参量放大等变频技术。非线性光学晶体是一种功能材料，在激光
具有重要应用价值。广泛应用的有KDP、KD*P、CsH2A5O4(CDA)；KTiOPO4、KNbO3、NiNbO3、Ba2NaNb5O15；BaB2O4(BBO)、LiB3O5(LBO)、NaNO2；GaAs、InSb、InAs、ZnS等。非线性光学晶体自身内部结构的复杂性，多样性，以及加工过程中切向，与理论切割面的误差等等原因。放置在激光光路中的非线性光学晶体，除了保证有足够的通光面外，还需要对晶体进行旋转调节，对入射角度进行调谐。非线性光学晶体种类多样，用途也比较广泛。当非线性光学晶体用于温度匹配和波长调谐时，需要对温度进行温度调节和恒温控制。当非线性光学晶体用于非温度匹配和波长调谐时，也需要对晶体进行必要的温度控制，以获得最佳的功率转换效率和降低晶体的热应力。因此需要一种装置，不仅能对非线性光学晶体进行温度调节、恒温控制，而且能对晶体进行旋转、左右上下俯仰的角度调节。目前市场上可以买到恒温炉用于晶体的温度控制，但其体积庞大，不易装配在光路中，即使能装在光路中，也因为不能进行角度调节，还需要转配到光学调整架中，进一步增加了装置的体积和重量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非线性光学晶体温控及光路调整装置，以实现对非线性光学晶体的恒温控制，并在光路中实现水平、俯仰、旋转等多维调节，从而满足对激光器工作的需要。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：包括光路调整部分和温控部分，其中：光路调整部分包括导热材料制成的调整部件底座、保温材料制成的保温绝缘外壳，调整部件底座上一体成型有支撑座，保温绝缘外壳通过转轴俯仰转动安装于支撑座一侧，保温绝缘外壳内置有晶体夹持装置，晶体夹持装置由导热材料制成，晶体夹持装置中同轴设有非线性光学晶体，非线性光学晶体、晶体夹持装置的轴向水平垂直于保温绝缘外壳连接的转轴轴向，非线性光学晶体随晶体夹持装置在保温绝缘外壳内旋转，且非线性光学晶体和晶体夹持装置整体随保温绝缘外壳俯仰转动，保温绝缘外壳侧壁对应非线性光学晶体端部位置分别设有通光孔，调整部件底座还设有竖直贯通调整部件底座的固定孔，其中一个固定孔为圆孔，另一个固定孔为腰形孔；温控部分包括开关电源、人机交互单元、小型恒温控制单元、TEC温控专用集成芯片、热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机，其中散热风机固定于支撑座另一侧，热敏电阻探头嵌入晶体夹持装置，TEC制冷片一面进入保温绝缘外壳内与晶体夹持装置接触，TEC制冷片另一面直接或间接接触支撑座；所述开关电源输入端连接市电，开关电源输出端分别与人机交互单元、小型恒温控制单元的电源端连接，由开关电源将市电转换为人机交互单元、小型恒温控制单元的工作电压并供电至人机交互单元、小型恒温控制单元，人机交互单元与小型恒温控制单元之间通过通讯接口连接，TEC温控专用集成芯片与小型恒温控制单元集成为一体作为小型恒温控制单元的中央处理元件，小型恒温控制单元分别与热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机电连接，由小型恒温控制单元接收热敏电阻探头的电信号后转换为数据送入TEC温控专用集成芯片，TEC温控专用集成芯片内含PID控制算法，通过PID控制算法将采集的温度数据与预设的温度数据进行比较后输出指令数据，指令数据由小型恒温控制单元转换为PWM信号后送入TEC制冷片、散热风机，实现TEC制冷片、散热风机的PID控制驱动。所述的非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：所述保温绝缘外壳有一面开口，保温绝缘外壳开口的一面盖合连接有转接块，所述转接块由导热材料制成，转接块连接所述转轴并通过转轴转动安装于支撑座对应侧，保温绝缘外壳内的晶体夹持装置与转接块之间有间隙，间隙中设有PVC片以隔离晶体夹持装置和转接块，由保温绝缘外壳与PVC片构成保温箱并通过转接块封闭保温箱，所述TEC制冷片设于晶体夹持装置和转接块之间间隙，TEC制冷片一面与晶体夹持装置接触，TEC制冷片另一面与转接块接触，TEC制冷片通过转接块间接接触支撑座。所述的非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：所述晶体夹持装置包括导热材料制成的晶体安装筒、晶体夹块，其中晶体安装筒固定于保温绝缘外壳内，且晶体安装筒轴向水平垂直于转轴轴向，晶体夹块内部形成有安装通孔，晶体夹块同轴转动装配在晶体安装筒内，非线性光学晶体同轴固定于晶体夹块中。所述的非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：所述晶体夹块中设有深孔，热敏电阻探头插入深孔中并与晶体夹块充分接触。所述的非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：所述TEC制冷片一面嵌入晶体安装筒并与晶体夹块充分接触，TEC制冷片另一面与转接块接触或嵌入转接块后与转接块充分接触。本专利技术设计了一种基于TEC模块、PWM方式调控的恒温控制技术，基于光机电一体化的机械结构的小型化非线性光学晶体温控及光路调整装置，能够同时满足非线性光学晶体温控和光路调整控制需求。本专利技术能够实现非线性光学晶体的水平、俯仰、旋转等多维调节；包括小型恒温控制单元、人机交互单元、开关电源的温控部分实现对温度的采集和控制。本专利技术中，采用完整的PID算法，TEC制冷片双向控制。根据温差的大小，精确计算TEC的电流。给TEC的电流采用PWM并LC连续化处理驱动，无OFF阶段，保证温度在控制周期内都是连续稳定的。本专利技术中，人机交互单元与小型恒温控制单元通过通讯接口连接。小型恒温控制单元能记忆设置的数据，既能脱开人机交互单元自主工作，又可以实时控制，又可以与其他控制系统连接实现数据的采集和控制。本专利技术中，机械结构简单，体积小，调整范围大，调节精度较低，但能满足对非线性光学晶体的角度调谐。本专利技术具有体积小、结构简单、成本低、温度控制精度高、温控范围大，可广泛应用于激光倍频、差频、和频、OPO、OPA等非线性光学晶体的频率变换的生产科研领域。附图说明图1为本专利技术光路调整部分的轴测图。图2为本专利技术光路调整部分的正视图。图3为本专利技术光路调整部分的正向剖视图。图4为本专利技术温控部分结构原理框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1-图4所示，非线性光学晶体温控及光路调整装置，包括光路调整部分和温控部分，其中：光路调整部分包括导热材料制成的调整部件底座1、保温材料制成的保温绝缘外壳9，调整部件底座1上一体成型有支撑座10，保温绝缘外壳9通过转轴11俯仰转动安装于支撑座10一侧，保温绝缘外壳9内置有晶体夹持装置，晶体夹持装置由导热材料制成，晶体夹持装置中同轴设有非线性光学晶体6，非线性光学晶体6、晶体夹持装置的轴向水平垂直于保温绝缘外壳9连接的转轴11轴向，非线性光学晶体6随晶体夹持装置在保温绝缘外壳9内旋转，且非线性光学晶体6和晶体夹持装置整体随保温绝缘外壳9俯仰转动，保温绝缘外壳9侧壁对应非线性光学晶体6端部位置分别设有通光孔，调整部件底座1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于： 包括光路调整部分和温控部分，其中：光路调整部分包括导热材料制成的调整部件底座、保温材料制成的保温绝缘外壳，调整部件底座上一体成型有支撑座，保温绝缘外壳通过转轴俯仰转动安装于支撑座一侧，保温绝缘外壳内置有晶体夹持装置，晶体夹持装置由导热材料制成，晶体夹持装置中同轴设有非线性光学晶体，非线性光学晶体、晶体夹持装置的轴向水平垂直于保温绝缘外壳连接的转轴轴向，非线性光学晶体随晶体夹持装置在保温绝缘外壳内旋转，且非线性光学晶体和晶体夹持装置整体随保温绝缘外壳俯仰转动，保温绝缘外壳侧壁对应非线性光学晶体端部位置分别设有通光孔，调整部件底座还设有竖直贯通调整部件底座的固定孔，其中一个固定孔为圆孔，另一个固定孔为腰形孔；温控部分包括开关电源、人机交互单元、小型恒温控制单元、TEC温控专用集成芯片、热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机，其中散热风机固定于支撑座另一侧，热敏电阻探头嵌入晶体夹持装置，TEC制冷片一面进入保温绝缘外壳内与晶体夹持装置接触，TEC制冷片另一面直接或间接接触支撑座；所述开关电源输入端连接市电，开关电源输出端分别与人机交互单元、小型恒温控制单元的电源端连接，由开关电源将市电转换为人机交互单元、小型恒温控制单元的工作电压并供电至人机交互单元、小型恒温控制单元，人机交互单元与小型恒温控制单元之间通过通讯接口连接，TEC温控专用集成芯片与小型恒温控制单元集成为一体作为小型恒温控制单元的中央处理元件，小型恒温控制单元分别与热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机电连接，由小型恒温控制单元接收热敏电阻探头的电信号后转换为数据送入TEC温控专用集成芯片，TEC温控专用集成芯片内含PID控制算法，通过PID控制算法将采集的温度数据与预设的温度数据进行比较后输出指令数据，指令数据由小型恒温控制单元转换为PWM信号后送入TEC制冷片、散热风机，实现TEC制冷片、散热风机的PID控制驱动。...

【技术特征摘要】
1.非线性光学晶体温控及光路调整装置，其特征在于：包括光路调整部分和温控部分，其中：光路调整部分包括导热材料制成的调整部件底座、保温材料制成的保温绝缘外壳，调整部件底座上一体成型有支撑座，保温绝缘外壳通过转轴俯仰转动安装于支撑座一侧，保温绝缘外壳内置有晶体夹持装置，晶体夹持装置由导热材料制成，晶体夹持装置中同轴设有非线性光学晶体，非线性光学晶体、晶体夹持装置的轴向水平垂直于保温绝缘外壳连接的转轴轴向，非线性光学晶体随晶体夹持装置在保温绝缘外壳内旋转，且非线性光学晶体和晶体夹持装置整体随保温绝缘外壳俯仰转动，保温绝缘外壳侧壁对应非线性光学晶体端部位置分别设有通光孔，调整部件底座还设有竖直贯通调整部件底座的固定孔，其中一个固定孔为圆孔，另一个固定孔为腰形孔；温控部分包括开关电源、人机交互单元、小型恒温控制单元、TEC温控专用集成芯片、热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机，其中散热风机固定于支撑座另一侧，热敏电阻探头嵌入晶体夹持装置，TEC制冷片一面进入保温绝缘外壳内与晶体夹持装置接触，TEC制冷片另一面直接或间接接触支撑座；所述开关电源输入端连接市电，开关电源输出端分别与人机交互单元、小型恒温控制单元的电源端连接，由开关电源将市电转换为人机交互单元、小型恒温控制单元的工作电压并供电至人机交互单元、小型恒温控制单元，人机交互单元与小型恒温控制单元之间通过通讯接口连接，TEC温控专用集成芯片与小型恒温控制单元集成为一体作为小型恒温控制单元的中央处理元件，小型恒温控制单元分别与热敏电阻探头、TEC制冷片、散热风机电连接，由小型恒温控制单元接收热敏电阻探头的电信号后转换为数据送入TEC温...

【专利技术属性】
技术研发人员：程庭清，江海河，吴先友，王礼，胡舒武，崔庆哲，魏蒙恩，熊振东，江建涛，姜玲玲，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34