新型激光棒制造技术

本实用新型专利技术属于固体激光材料加工和激光工作物质冷却领域。新型激光棒是通过激光棒柱面上刻槽，改变截面面形，扩大散热面，引导冷却液流向，实现冷却液旋转流动，以及激光棒的中心同周围边界同时冷却。这样可以克服热畸变，提高激光工作物质在连结、高重复频率、大功率、高平均功率、高亮度、窄脉宽高峰值功率下工作时的抗破坏能力。特别是直线刻槽新型激光棒，能用大直径激光棒做成激光器。激光棒无径向温度梯度。单一激光头就能获得大功率激光输出。（*该技术在2000年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于固体激光材料加工和固体激光工作物质冷却
固体激光器的工作物质形状选择有各种因素引起。其中之一是有利于激光工作物质散热。因为激光材料共有的基本热问题是热畸变、热致双折射、热应力开裂。所以限制热梯度增加和减少热梯度对波前影响是获得高光束质量、高功率输出的关键。因此国外为解决此类问题作了不少工作。在过去的光泵浦固体激光器中，它们的工作物质通常被加工成园柱形。这种激光棒目前被国内外广泛实用。另外在此基础上人们还制造出中空园柱形激光棒。为了更好散热，人们还制造了板条形、盘形等。目的是在给定激光材料体积情况下增加冷却表面。板条形激光棒在1972年由美国通用电气公司申报了美国专利。专利号NO.3.633.126。本技术的目的是提供冷却激光工作物质的新形式。借此来扩大激光工作物质散热面，减少热畸变、降低热透镜效应，提高激光工作物质在大功率、高亮度条件下工作时的抗破坏能力。实现一个激光头获得激光大功率输出。以及提供新的激光棒封接装配技术。本
技术实现思路
是本新型是在激光棒柱面上加工数条螺纹形或者直线形刻槽，以及在激光棒的两端加工有台阶、环形槽。并在激光棒端面上的非光路区开有散热孔。事实上，本技术是通过对激光材料加工，来改善激光工作物质冷却状态和激光棒的封接装配技术。从而提高激光工作物质冷却效率，保证封接后的激光棒同金属套管始终准直及良好的密封性能。具体的技术实施是有螺纹刻槽的新型激光棒，是实用外园磨床和自制工具，在激光棒园柱面上加工螺纹刻槽。另外还在激光棒两端螺纹线外加工环形槽。有直线刻槽的新型激光棒，是利用自制工具和特制切割刀具，实用普通外园切割机在激光棒柱面上加工直线刻槽，这些刻槽彼此平行。但是，在新型激光棒的两端要留下一段不刻槽，作为联接体。在联接体外径上加工有台阶，在台阶上加工有环形槽。为了使联接体更好散热，在新型激光棒端面上，对应激光棒柱面上刻槽处加工散热孔。这些散热孔的直径不能大于激光棒柱面上刻槽宽度，更不能同柱面上刻槽相连通。这样可以作到；即不减小激光棒的通光孔径，又能保证冷却液密封。还能使激光棒端面散热良好。新型激光棒是利用激光棒两端台阶和环形槽，实现金属套管同激光棒的定位、准直。可塑性“O”型环用于密封。把“O”型环置于环形槽内，装上金属套管并将金属套管同激光棒一起固定。使它们联为一体即可实现封接。技术的具体结构由附图给出；附图说明图1是激光棒柱面上有螺纹刻槽的新型激光棒剖面图。图2是激光棒柱面上有直线刻槽的新型激光棒剖面图。以及任意选出的截面图。图3是新型激光棒同金属套管封接后的剖面图。下面结合图1、图2、图3说明本技术具体细节。在图1中有扩大散热表面和引导冷却液流向的螺纹刻槽(1)，提供密封激光棒及定位金属套管的环形槽(2)。在图2中有改变激光棒通光截面面形、扩大散热面、构成冷却液通道的直线刻槽(3)。以及提供密封、定位激光棒和金属套管的台阶(4)，和环形槽(5)，端面散热孔(6)。在图3中有新型激光棒(7)，加长和密封激光棒的金属套管(8)。“O”型环(9)，密封胶(10)。简单地说新型激光棒除了扩大激光工作物质散热面、提高激光棒的冷却效率、改变激光棒截面面形之外，新型激光棒解决了大直径激光棒的中心冷却问题。以及能实现冷却液围绕激光棒轴旋转对称流动，从而使激光棒内部温度分布均匀对称。另外新型激光棒的密封装配技术能保证激光棒同金属套管之间的准直。下面进一步说明新型激光棒的优点。由于现在正在实用的各种类型激光棒，在激光棒的加工制造和实际应用中都存在缺点，新型激光棒能在一定程度上克服这些缺点，因此新型能提高固体激光器的性能。例如通用的园柱形激光棒，有大的径向温度梯度，这种温度梯度是随激光棒直径增加而加大。大的热梯度会引起大的热畸变，因此严重影响光束质量和激光功率的提高。中空园柱形激光棒的内部无法强制冷却，径向温度差仍然很大。板条形有好的散热条件，但是光学加工难度很大，而且宽而薄的板条固定技术也是困难的。同时制造这样的板条还需要大直径晶体，生长大直径晶体的费用是很高的。盘形激光器冷却液表面散射和衰减引起的光学损耗，以及固定技术的困难也都令人们失望。新型有螺纹刻槽的激光棒，在保持同园柱形激光棒有相同通光孔径的条件下，新型能进一步扩大激光棒散热面，并且能使部分冷却液沿螺纹、围绕激光棒轴对称旋转流动。从而降低了激光棒径向温度梯度。并使激光棒径向温度分布均匀对称。新型有直线刻槽的激光棒，完全改变了园柱形激光棒的通光截面面形。新型能够实现激光棒中心和周围边界的大面积同等条件冷却。因此没有径向温度梯度，光畸变在很大程度上得到克服。它的通光截面上的温度场分布，可以作到近似于板条形结构激光棒的温度场分布。新型激光棒相当于多根激光棒并联。因此能够作成多灯泵浦大功率激光输出的激光器。所以该新型激光棒，具有用一个激光头就可以获得大功率输出的能力，这样就会改变目前国内外为实现激光大功率输出，而必须采用多级激光器串联的技术。根据计算一支直径φ30mm的新型激光棒，它的有效通光孔径相当于六支直径φ10mm园柱形激光棒的有效通光孔径的总和。但是，新型激光棒的散热面却远大于六支直径φ10mm园柱形激光棒的总散热面积。新型激光棒的封接装配技术的特点，在于它能够始终保持激光棒同金属套管之间的准直不变形。这对激光器性能改善和激光器稳定性的提高都会有帮助。权利要求1.新型激光棒，其特征在于激光棒柱面上加工有螺纹形刻槽(1)和直线形刻槽(3)，环形槽(2)、(5)，台阶(4)，散热孔(6)。2.根据权利要求1所述的激光棒，其特征在于利用台阶(4)定位，在环型槽(2)、(5)内放置“O”型环或密封胶，还可以在台阶(4)上放置密封垫，进行激光棒同金属套管之间的密封装配。专利摘要本技术属于固体激光材料加工和激光工作物质冷却领域。新型激光棒是通过激光棒柱面上刻槽，改变截面面形，扩大散热面，引导冷却液流向，实现冷却液旋转流动，以及激光棒的中心同周围边界同时冷却。这样可以克服热畸变，提高激光工作物质在连结、高重复频率、大功率、高平均功率、高亮度、窄脉宽高峰值功率下工作时的抗破坏能力。特别是直线刻槽新型激光棒，能用大直径激光棒做成激光器。激光棒无径向温度梯度。单一激光头就能获得大功率激光输出。文档编号H01S3/06GK2078051SQ9020549公开日1991年5月29日 申请日期1990年5月3日 优先权日1990年5月3日专利技术者薛志银 申请人:薛志银本文档来自技高网...

【技术保护点】
新型激光棒，其特征在于激光棒柱面上加工有螺纹形刻槽（１）和直线形刻槽（３），环形槽（２）、（５），台阶（４），散热孔（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志银，
申请(专利权)人：薛志银，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]