一种相变冷却热容式旋转激光器制造技术

本发明专利技术公开一种相变冷却热容式旋转激光器，激光器泵浦单元、激光介质、相变冷却单元以及激光谐振单元；激光器泵浦单元，用于提供泵浦光；激光介质，接受泵浦光的照射，在泵浦光的作用下受激辐射发射激光；激光介质保持平动旋转，使得泵浦光照射到激光介质的不同位置；相变冷却单元通过热管与激光介质连接，通过热管将激光介质上的热量传递到相变冷却单元，激光介质保持平动旋转使得热管不发生扭曲；激光谐振单元，用于将激光介质发射的激光振荡后输出。本发明专利技术通过激光介质平动旋转使得可以采用相变冷却的方式冷却激光介质，且由于激光介质平动旋转使得热管不发生扭曲，增加热管效率，且保证激光器工作时间长，没有热效应，获得更长的工作时间。

A phase change cooling heat capacity rotating laser

【技术实现步骤摘要】
一种相变冷却热容式旋转激光器
本专利技术涉及激光
，更具体地，涉及一种相变冷却热容式旋转激光器。
技术介绍
热容激光器不是一种新构型的激光器，“热容”指的是一种工作模式，即在激光激射过程中不对激光介质进行冷却，而是在两个激射过程的间隙才进行强制冷却。采用热容方式工作时，由于不进行散热，激光介质内部的温度梯度较小，在理论上带来的光学热畸变也比较小；另外，由于表面温度高于内部温度，激光介质表面的应力表现为压应力。由于激光介质能承受的压力比张力至少强5倍，激光介质的破坏阈值大幅度提高，从而使得允许的抽运强度也大幅提高。热容工作模式存在两个致命缺点：1)激光的光束质量随着出光时间的增加而迅速退化，这主要是由抽运不均匀性造成的，即使采用了先进的自适应光学技术，也无法保证光束质量总是保持在2倍衍射极限之内；2)热容激光的工作机制决定其不能长时间出光，冷却需要几十秒至数分钟，难以符合实用要求。因此，热容激光器虽然具有定标放大至100kW的能力，但其应用前景并不乐观。图1所示的结构具有相变冷却热容激光器的特征。图1中激光介质旋转，激光介质的边缘一个小区域被泵浦激励加热，但由于激光介质的旋转，这个小区域的加热只持续了很短的时间，在这个很短的时间里，介质的冷却可以忽略。图2所示为相变冷却系统结构示意图，如图2所示，热管连接激光介质和冷板，冷板通过出气管和回液管与冷凝器相连，冷板中放置有相变介质。当激光介质的热量通过热管传递到冷板，相变介质在冷板中发生相变，由液体变为气体，气体通过出气管到达冷凝器，冷凝器在冷却水的作用下，使得气体放出热量，发生相变，由气体变为液体，再通过回液管回到冷板，由此进行循环达到对激光介质的热量冷却的目的。图1所示相变冷却热容式旋转激光器，激光介质围绕自身的中心进行自转，激光介质通过热管与相变冷却单元连接，泵浦光从激光介质边缘入射，具体旋转过程如图3所示，如图3中(a)、(b)、(c)、(d)是激光介质自转的位置变化图，利用转盘的自转带动激光介质绕着中心不断的发生自转，从而使泵浦光照射的位置不断的发生变化，泵浦光的照射位置由激光介质的A、B、C到D循环变化。因为受到泵浦光的照射，激光介质需要冷却，在进行冷却时，如果使用图1所示传统的相变冷却的方式，由于激光介质自身不断的转动，带动热管的一端不断的朝着一个方向转动，而另一端保持不动，导致热管不断的扭曲，导热效率降低，同时系统的寿命降低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于解决传统相变冷却热容激光器由于激光介质自转导致热管不断扭曲，导热效率低且系统寿命低的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种相变冷却热容式旋转激光器，包括：激光器泵浦单元、激光介质、相变冷却单元以及激光谐振单元；所述激光器泵浦单元，用于提供泵浦光；所述激光介质，用于接受所述泵浦光的照射，在泵浦光的作用下受激辐射发射激光；所述激光介质保持平动旋转，使得泵浦光照射到激光介质的不同位置；激光介质侧面与相变冷却介质接触，通过相变冷却制冷；所述相变冷却单元通过热管与激光介质连接，通过所述热管将激光介质上的热量传递到相变冷却单元，所述激光介质保持平动旋转使得所述热管不发生扭曲；所述激光谐振单元，用于将激光介质发射的激光振荡后输出。具体地，加热后的激光介质在旋转过程中位于所述预定区域以外时被冷却，所述激光介质在旋转过程中保持一种方向不变的平动旋转。具体地，选择合适的激光介质尺寸，在可能的条件下尽量增大介质的尺寸，保证在旋转过程中介质有足够的冷却时间。在一个可能的实施例中，该激光器还包括：平动旋转单元，用于控制激光介质保持平动旋转。在一个可能的实施例中，所述平动旋转单元包括：固定平板、第一导轨、第二导轨、第一滑轨、第二滑轨、辊筒、轴承以及转盘；所述激光介质封装于所述辊筒，所述辊筒的两端封装面均可透光；所述固定平板上开设第一圆孔，所述辊筒的一端嵌入所述第一圆孔与所述固定平板固定连接，所述固定平板的顶端连接第一滑轮，所述第一滑轮与第一导轨滑动连接，所述第一滑轮可以在第一导轨上左右滑动，所述第一导轨与第二滑轮连接，所述第二滑轮与第二导轨滑动连接，所述第二滑轮可以在第二导轨上上下滑动，所述第一导轨和第二导轨的轨道方向垂直；所述转盘中开设第二圆孔，所述第二圆孔的中心与转盘的中心不重合，所述转盘的圆心在第二圆孔中，所述第二圆孔的边缘与轴承连接，所述辊筒的另一端嵌入轴承并与轴承连接。在一个可能的实施例中，控制所述转盘旋转，在所述轴承的作用下，所述转盘带动辊筒发生相对转动，辊筒在所述固定平板、第一导轨、第二导轨、第一滑轨以及第二滑轨的约束下，所述辊筒保持平动旋转，使得激光介质保持平动旋转。在一个可能的实施例中，所述泵浦光入射到转盘的中心位置，射入所述激光介质的非中心位置。在一个可能的实施例中，所述激光器泵浦单元包括：激光器和耦合模块；所述激光器用于发出泵浦光；所述耦合模块用于对所述泵浦光整形后耦合到所述激光介质。在一个可能的实施例中，所述激光介质、相变冷却单元以及平动旋转单元均位于所述激光谐振单元。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本专利技术提供一种相变冷却热容式旋转激光器，本专利技术采用平动旋转的激光介质获得脉冲激光输出，由于激光介质平动旋转使得热管不发生扭曲，增加热管效率。首先，激光介质中受半导体激光器泵浦的区域周期性变化，激光介质同一区域可以避免长时间连续吸收热量，吸热与散热交替进行，所以激光介质可以承受更高功率的泵浦光以获得更高功率的激光输出；其次，激光介质中受半导体激光器泵浦的区域周期性变化，使得在使用一个区域时，其他区域处于冷却状态，减少了冷却时间，延长了工作时间，最后，由于循环使用激光介质的不同区域，一定程度上降低了热效应，改善了光束质量。总而言之，本专利技术提出的相变冷却热容式旋转激光器，热管的效率高且寿命长，激光器的工作时间长，没有热效应，可以获得更长的工作时间和良好的光束质量。附图说明图1是常见的相变冷却热容式旋转激光介质示意图；图2为常见的相变冷却系统结构示意图；图3是常见的相变冷却热容式旋转激光介质具体旋转示意图；图4是为本专利技术实施例中一种相变冷却热容旋转激光器的结构示意图；图5是为本专利技术实施例中一种相变冷却旋转激光介质的旋转示意图；图6是为本专利技术实施例中一种相变冷却热容旋转激光器旋转激光介质的平动旋转单元机械结构示意图；图7是为本专利技术实施例中一种相变冷却热容旋转激光器旋转激光介质的具体旋转示意图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为半导体激光器泵浦单元，2为激光介质，4为激光谐振单元，11为半导体激光器，12为耦合模块，31为相变冷却单元，32为热管。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变冷却热容式旋转激光器，其特征在于，包括：激光器泵浦单元、激光介质、相变冷却单元以及激光谐振单元；/n所述激光器泵浦单元，用于提供泵浦光；/n所述激光介质，用于接受所述泵浦光的照射，在泵浦光的作用下受激辐射发射激光；所述激光介质保持平动旋转，使得泵浦光照射到激光介质的不同位置；/n所述相变冷却单元通过热管与激光介质连接，通过所述热管将激光介质上的热量传递到相变冷却单元，所述激光介质保持平动旋转使得所述热管不发生扭曲；/n所述激光谐振单元，用于将激光介质发射的激光振荡后输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种相变冷却热容式旋转激光器，其特征在于，包括：激光器泵浦单元、激光介质、相变冷却单元以及激光谐振单元；
所述激光器泵浦单元，用于提供泵浦光；
所述激光介质，用于接受所述泵浦光的照射，在泵浦光的作用下受激辐射发射激光；所述激光介质保持平动旋转，使得泵浦光照射到激光介质的不同位置；
所述相变冷却单元通过热管与激光介质连接，通过所述热管将激光介质上的热量传递到相变冷却单元，所述激光介质保持平动旋转使得所述热管不发生扭曲；
所述激光谐振单元，用于将激光介质发射的激光振荡后输出。


2.根据权利要求1所述的相变冷却热容式旋转激光器，其特征在于，还包括：平动旋转单元，用于控制激光介质保持平动旋转。


3.根据权利要求1所述的相变冷却热容式旋转激光器，其特征在于，所述平动旋转单元包括：固定平板、第一导轨、第二导轨、第一滑轨、第二滑轨、辊筒、轴承以及转盘；
所述激光介质封装于所述辊筒，所述辊筒的两端封装面均可透光；
所述固定平板上开设第一圆孔，所述辊筒的一端嵌入所述第一圆孔与所述固定平板固定连接，所述固定平板的顶端连接第一滑轮，所述第一滑轮与第一导轨滑动连接，所述第一滑轮可以在第一导轨上左右滑动，所述第一导轨与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，龚磊，张恒，李升辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42