一种热容式激光器的冷却方法及热容式激光器技术

本发明专利技术公开一种热容式激光器的冷却方法及热容式激光器，半导体激光器泵浦模块，用于发射泵浦光；激光介质位于激光谐振腔内部，泵浦光通过激光谐振腔入射到激光介质，激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，并在激光谐振腔内振荡后出射；所述泵浦光入射到激光介质中的预定区域，激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，位于所述预定区域以外的激光介质被冷却，所述激光介质保持平动旋转，可在激光介质的所在容器的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。本发明专利技术提出的热容式偏心旋转激光器，由于激光介质保持平动旋转，则可采用水冷方式对激光介质冷却，降低冷却成本，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种热容式激光器的冷却方法及热容式激光器
本专利技术涉及激光
，更具体地，涉及一种热容式激光器的冷却方法及热容式激光器。
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。随着被加热的区域移出泵浦区，加热停止，介质进入冷却周期，当这个小区域回到泵浦区时，介质已经被冷却到初始温度。图1所示激光器采用了热容的工作模式，但可以连续输出激光，克服了热容式激光间断工作的矛盾。图1所示热容式旋转激光器，激光介质围绕自身的中点进行自转，泵浦光从激光介质边缘入射，具体旋转过程如图2所示，如图2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，如果使用水冷方式，由于激光介质自身不断的转动，导致进水管与出水管不断的进行相对转动，最终导致水管缠绕，不具有实用性；如果使用风冷，需要使用氦气进行冷却，这种气体价格昂贵，不具有普遍使用的价值。热容激光器的运转模式，要求激光介质在冷却阶段必须充分冷却，而旋转式运行的冷却时间有限，这就要求在旋转冷却的阶段中必须加强冷却效率。如果只能采用气体传导冷却，激光介质的冷却效率必然受到限制，从而大大限制激光器的潜力。本专利技术试图提供一种热容激光器的冷却方式并提供该类激光器的设计思路。
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现有热容式旋转激光器由于激光介质自转导致无法采用水冷方式冷却，以及采用风冷方式价格昂贵，不便普遍使用的技术问题。为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种热容式激光器的冷却方法，包括如下步骤：向激光介质的预定区域发射泵浦光；所述激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，并在所述激光谐振腔内振荡后出射；控制所述激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，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，在激光介质所在装置的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。可选地，控制所述激光介质保持平动旋转，具体包括如下步骤：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；将所述激光介质封装于两面可透光的装置内，激光介质与冷却壁良好接触，冷却壁则可以通水冷却，冷却水通过进出水管与制冷装置连接；将可透光的装置的顶端固定于仅可直线运动的平板上；将可透光的装置的一侧通过轴承与可自转的装置连接；控制可自转的装置自转，使得在所述轴承的作用下可透光的装置发送相对转动，且在所述平板的约束下，可透光的装置仅可保持平动旋转，以带动所述激光介质保持平动旋转。第二方面，本专利技术提供一种热容式激光器，包括：半导体激光器泵浦模块、激光介质以及激光谐振腔；所述半导体激光器泵浦模块，用于发射泵浦光；所述激光介质位于激光谐振腔内部，所述泵浦光通过激光谐振腔入射到所述激光介质，所述激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，所辐射的激光在所述激光谐振腔内振荡后出射；所述泵浦光入射到激光介质中的预定区域，所述激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，位于所述预定区域以外的激光介质被冷却，所述激光介质保持平动旋转，可在激光介质的所在容器的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。可选地，所述半导体激光器泵浦模块包括：半导体激光器和泵浦光耦合单元；所述半导体激光器用于发射泵浦光；所述泵浦光耦合单元用于对半导体激光器发射的泵浦光进行整形后输出。可选地，该激光器还包括：旋转模块；所述旋转模块用于控制所述激光介质保持平动旋转；所述旋转模块包括：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；所述激光介质保持平动旋转的控制过程如下：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。可选地，所述辊筒外围为中孔的双层，其中可以通入冷却水；所述辊筒内部为空心，用于封装增益介质；所述辊筒的侧面可以开设一个进水口和一个出水口，进水口和出水口分别连接水管以向辊筒外围中空的双层通入循环冷却水，以对激光介质进行水冷；所述辊筒保持平动旋转使得进水口和出水口连接的水管不会发生缠绕。可选地，所述泵浦光入射到转盘的中心位置，照射到所述激光介质的非中心位置。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热容式激光器的冷却方法及热容式激光器，采用偏心平动旋转的激光介质获得脉冲激光输出。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，其他区域处于冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热容式激光器的冷却方法，其特征在于，包括如下步骤：/n向激光介质的预定区域发射泵浦光；/n所述激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，并在所述激光谐振腔内振荡后出射；/n控制所述激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，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，在激光介质所在装置的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。/n

【技术特征摘要】
1.一种热容式激光器的冷却方法，其特征在于，包括如下步骤：
向激光介质的预定区域发射泵浦光；
所述激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，并在所述激光谐振腔内振荡后出射；
控制所述激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，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，在激光介质所在装置的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。


2.根据权利要求1所述的热容式激光器的冷却方法，其特征在于，控制所述激光介质保持平动旋转，具体包括如下步骤：
将所述激光介质封装于两面可透光的装置内；
将可透光的装置的顶端固定于仅可直线运动的平板上；
将可透光的装置的一侧通过轴承与可自转的装置连接；
控制可自转的装置自转，使得在所述轴承的作用下可透光的装置发送相对转动，且在所述平板的约束下，可透光的装置仅可保持平动旋转，以带动所述激光介质保持平动旋转。


3.一种热容式激光器，其特征在于，包括：半导体激光器泵浦模块、激光介质以及激光谐振腔；
所述半导体激光器泵浦模块，用于发射泵浦光；
所述激光介质位于激光谐振腔内部，所述泵浦光通过激光谐振腔入射到所述激光介质，所述激光介质在泵浦光的激励下产生受激辐射，所辐射的激光在所述激光谐振腔内振荡后出射；
所述泵浦光入射到激光介质中的预定区域，所述激光介质保持平动旋转，使得位于所述预定区域的激光介质被泵浦光照射发热，位于所述预定区域以外的激光介质被冷却，所述激光介质保持平动旋转，可在激光介质的所在容器的侧面连接水管采用水冷的方式对激光介质进行冷却。


4.根据权利要求3所述的热容式激光器，其特征在于，所述半导体激光器泵浦模块包括：半导体激光器和泵浦光耦合单元；
所述半...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，张恒，龚磊，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