本实用新型专利技术涉及一种缩短固体激光器响应时间的装置，属于固体激光器技术领域，所述装置包括电控组件和热控组件，且电控组件分别与固体激光器、热控组件电连接，所述固体激光器在响应时间内依次处于开机启动阶段、准备阶段、待机阶段和出光阶段，本实用新型专利技术通过对电控组件、热控组件和固体激光器进行系统性的优化设计和流程控制，缩短固体激光器在开机启动阶段的上电时间，在准备阶段和待机阶段加强固体激光器的高废热期间的散热能力，提高热控组件的制冷效果，提高固体激光器的电光转换效率，减小热波动对固体激光器的影响，进而显著缩短固体激光器在出光阶段的响应时间，以适用于某些军事应用的高需求。于某些军事应用的高需求。于某些军事应用的高需求。
【技术实现步骤摘要】
一种缩短固体激光器响应时间的装置
[0001]本技术属于固体激光器
，具体地说涉及一种缩短固体激光器响应时间的装置。
技术介绍
[0002]固体激光器具有体积小、可靠性强、便于维护、效率高等优点，其在脉冲调制、波长调谐等诸多方面具有无可替代的优势，同时，其在国民生产上得到了广泛的应用。近年来，军事应用对固体激光器的功率和光束质量不断提出新的需求，尤其，固体激光器需满足“收到出光指令立即出光”的应用需求，不断的缩短固体激光器从得到出光指令到实现额定功率输出之间的响应时间。
[0003]经过数十年的发展，研究人员通过各种技术手段提升固体激光器的功率和光束质量，例如，从增益介质的选择方面(Nd、Yb)、激光晶体的构型方面(棒状、板条状)、激光器的光学设计方面(谐振腔、放大器)等。但是，对于固体激光器的响应时间的研究，特别是缩短响应时间的方法方面，还未见有系统的研究和方法。固体激光器的响应时间可以定义为接到出光指令到激光器稳定输出额定功率的间隔时间。为了避免风险，延长寿命，固体激光器一般采取逐步加载促使输出功率逐步达到额定指标的方法，响应时间通常达到数秒至数分钟。而如果强行实现“一键出光”，固体激光器中的瞬时大量热积累造成的各种不利因素可能损伤各类光学器件，造成固体激光器的永久损坏。
技术实现思路
[0004]为了解决固体激光器响应时间和光学器件可靠性的矛盾性问题，专利技术人优化了电控组件、固体激光器、热控组件的结构及流程，从多层次和多流程方面缩短固体激光器的响应时间，达到特定的应用需求。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种缩短固体激光器响应时间的装置，包括电控组件和热控组件，且电控组件分别与固体激光器、热控组件电连接并供电，所述固体激光器在响应时间内依次处于开机启动阶段、准备阶段、待机阶段和出光阶段；
[0007]在开机启动阶段，所述固体激光器通过电控组件上电，且所述电控组件采用上位机和下位机结合的架构模式，以缩短所述固体激光器的上电时间；
[0008]在准备阶段，所述电控组件为其自身和热控组件供电并进行自检，所述热控组件与激光二极管、固体激光器内的热负载通讯连接，且热控组件将激光二极管和固体激光器的热负载控制在设定的温度，减小温度波动；
[0009]在待机阶段，电控组件和热控组件处于持续工作状态，固体激光器进行预加载，促使激光二极管的泵浦功率低于固体激光器的出光阈值，以缩短增益介质在出光阶段的热平衡时间；
[0010]在出光阶段，固体激光器实现满额加载并满额输出。
[0011]优选的，所述上位机运行于电脑控制端，其用于设置热控组件和固体激光器的设定参数，具体的，所述设定参数包括热控组件的工作温度、热控组件的温度保护的上下限、固体激光器的工作电流及工作电流的上下限、固体激光器的工作电压及工作电压的上下限，并实时监测热控组件和固体激光器的运行参数，具体的，所述运行参数包括：制冷回路的入口和出口的温度、固体激光器热负载的实时温度、固体激光器的工作电流及工作电压，所述下位机运行于电控组件的控制板芯片，其与上位机、热控组件通讯连接，用于接收上位机发送的指令并下传至固体激光器、采集固体激光器的运行参数、接收热控组件的运行参数并将热控组件和固体激光器的运行参数上传至上位机。
[0012]优选的，下位机将上位机设定的固体激光器的工作电流转换成相应的电压参数给定于具体的电路，从而输出相应的工作电流，同时，下位机设定固体激光器的电路保护参数，如输入端电路的过压、过流、欠压；输出端电路的过压、过流、欠压、欠流；输出电路的过温保护。
[0013]优选的，所述上位机发送的指令分为设置指令、通讯查询指令和出光指令，所述设置指令用于设置热控组件和固体激光器的设定参数，所述通讯查询指令用于监测热控组件和固体激光器的运行参数。
[0014]优选的，所述下位机采用通讯中断方式接收上位机发送的指令和热控组件发送的运行参数，即当下位机的主线程收到上位机发送的新指令或热控组件发送的运行参数时，暂停主循环模块，执行新指令或存储运行参数，其中，与上位机的通讯中断在其所有通讯中断中优先级最高。
[0015]优选的，所述主线程为负责处理整个下位机逻辑的线程。
[0016]优选的，所述下位机在接收到上位机发送的出光指令后，立即在中断函数中将指令执行。
[0017]优选的，所述下位机接收到热控组件发送的运行参数后，存入第一缓存区，所述下位机采集固体激光器的运行参数后，存入第二缓存区，在下位机的主循环模块内，所述第一缓存区和第二缓存区发送运行参数至上位机。
[0018]优选的，在下位机的主循环模块内，第一缓存区和第二缓存区采用定帧定频的方式发送固体激光器、热控组件的运行参数。
[0019]优选的，所述热控组件包括制冷回路和导热体，所述热控组件的制冷回路采用双温区结构，所述双温区包括主温区及温度低于主温区的辅助温区，通过双温区的温度差抵消热负载瞬时高热产生的热量。
[0020]优选的，所述制冷回路包括通过管路连通的压缩机、储液箱和热交换器，所述热交换器与固体激光器的热负载进行热交换，且热交换器采用双温区结构，主温区与辅助温区之间冷却介质的流通通道通过电磁阀控制通断。
[0021]优选的，热控组件实时采集主温区内冷却介质的温度，当主温区内冷却介质的温度高于设定温度时，电磁阀打开，开启主温区与辅助温区的连通通道，辅助温区内冷却介质流至主温区，以抵消热负载瞬时高热产生的热量，当主温区内冷却介质的温度低于设定温度时，电磁阀关闭，切断主温区与辅助温区的连通通道。通过动态匹配、闭环控制及实时监控措施，提高主温区冷却介质的温度稳定性，进而提高热控组件的制冷效果，减小固体激光器中热负载的温度波动。
[0022]优选的，冷却介质采用热容高、流动性强的液体，同时，为了降低热负载加载瞬时的热冲击造成冷却介质的突变，应在条件允许情况下适当增加冷却介质的体量。
[0023]优选的，所述激光二极管焊接在导热体上，导热体上焊接微通道，激光二极管产生的热量进入微通道，冷却液进入微通道后与微通道充分接触，热量通过受迫热传导被流经微通道的冷却液带走，所述热控组件实时采集微通道内冷却液的温度。
[0024]优选的，所述导热体为铜制导热体。
[0025]优选的，鉴于激光二极管的发射波长与温度相关，为了提高激光二极管的发射波长与固体激光器中增益介质的吸收峰匹配度，应选择锁波长的激光二极管，即激光二极管的发射波长基本不随温度的变化而变化，同时，所述固体激光器中增益介质采用侧泵浦或端泵浦结构，提高固体激光器的电光转换效率，减小废热，从而缩短热平衡时间。
[0026]优选的，增益介质可以采用直接液冷的方式，也可以采用激光二极管的传导冷却的方式。此外，为了保持增益介质内部的温度均匀性，减小热梯度等不利因素，增益介质也可以采用多温区的散热措施，加强固体激光器的高废热期间的散热能力，缩短其在激光二极管瞬时泵浦下的热平本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种缩短固体激光器响应时间的装置，其特征在于，包括电控组件和热控组件，且电控组件分别与固体激光器、热控组件电连接，所述固体激光器在响应时间内依次处于开机启动阶段、准备阶段、待机阶段和出光阶段，在开机启动阶段，所述固体激光器通过电控组件上电，所述电控组件采用上位机和下位机结合的架构模式，在准备阶段，所述电控组件为其自身和热控组件供电并进行自检，所述热控组件与激光二极管、固体激光器内的热负载通讯连接，以控制温度，所述热控组件包括制冷回路和导热体，制冷回路位于固体激光器的热负载处，所述激光二极管焊接在导热体上，在待机阶段，电控组件和热控组件处于持续工作状态。2.根据权利要求1所述的缩短固体激光器响应时间的装置，其特征在于，所述上位机运行于电脑控制端，其用于设置热控组件和固体激光器的设定参数，并实时监测热控组件和固体激光器的运行参数，所述下位机运行于电控组件的控制板芯片，其与上位机、热控组件通讯连接，用于接收上位机发送的指令并下传至固体激光器、采集固体激光器的运行参数、接收热控组件的运行参数并将热控组件和固体激光器的运行参数上传至上位机。3.根据权利要求2所述的缩短固体激光器响应时间的装置，其特征在于，所述下位机采用通讯中断方式接收上位机发送的指令和热控组件发送的运行参数，与上位机的通讯中断在其所有通讯中断中优先级最高。4.根据权利要求3所述的缩短固体激光器响应时间的装置，其特征在于，所述下位机接收到热控组件发送的运行参数后...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙会，魏星斌，游安清，罗俊，潘文武，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：新型
国别省市：
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