薄片激光介质的温度控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种薄片激光介质温度控制装置。该装置通过设置的半导体制冷片阵列对激光介质分区域进行温度控制。包括激光介质及与其连接的热沉、导热胶及其上的温度传感器、半导体制冷片阵列、闭环电路控制系统和计算机系统；温度传感器实时检测激光介质子区域的实际温度，并将其发送至计算机系统与设定的基准温度比较后发出温控信号；由闭环电路实时反馈给半导体制冷片，实现对激光介质子区域温度实时控制；从而实现对激光介质整体温度控制。本实用新型专利技术能动态控制激光介质温度的均匀分布，有效地抑制了激光介质热效应问题。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光介质的温度控制技术，特别涉及一种薄片激光介质的温度控制装置，属于固体激光

技术介绍
在高平均功率全固态激光器的发展过程中，提高二极管泵浦全固态激光系统的输出功率和亮度一直是激光研究者的主要任务和目标。然而，在全固态激光器系统中，激光介质吸收二极管泵浦光能量，在引起激活粒子数反转产生激光振荡时，只有一部分的泵浦光能量转换为激光辐射，而其余部分能量则由无辐射跃迁以及被晶体吸收并转变成热能沉积在激光介质内部，这就使得全固态激光器的激光介质的内部形成非均勻的温度场分布，由此会引起激光介质内部产生热应力以及激光介质端面变形和波前热畸变等问题，从而产生一系列的热效应问题。如热致非球面厚透镜效应、热致应力双折射退偏效应等现象；这些现象不仅不利于激光器谐振腔的设计而且还会使激光光束质量下降，同时限制了激光输出功率的进一步提高。因此为了缓解激光介质内部的热效应对激光输出产生不利的影响，必须从根本上减少热量、热流密度以及热流的传导路程对激光输出光场的影响。关于这方面激光研究者已建立了许多模型装置，其中较为理想的模型是由德国斯图加特大学的Giesen. A博士等人在文献Giesen. A, Hugel. H Voss. A, etal. Scalable concept for diode-pumped high power solid-state lasers, Appl. Phys B，1994，58 :365-372. ” 中报道的二极管泵浦的薄片激光器结构，在很大程度上克服了固体激光器中固有的热效应问题。由于薄片激光器的激光介质厚度相对它的口径尺度来说很小，即使使用非常高的泵浦能量也不会在薄片晶体上产生大的温度梯度，因此也就大大降低了热效应。但是薄片激光器在实际工作过程中很难做到整个口径均勻泵浦，并且薄片各个面的冷却条件不同，薄片激光介质中也会产生非均勻的温度梯度分布，在高功率工作时也会不可避免地引起严重的热效应，从而也导致了激光输出功率难于进一步的提高和光束质量的下降的问题。
技术实现思路
本技术的目的正是在于克服现有技术中所存在的缺陷与不足，而提供一种薄片激光介质的温度控制装置；该装置是利用半导体制冷片阵列对激光介质分区域进行温度控制，根据实际检测到的各激光介质子区域的实际温度分布情况不同，半导体制冷片对其分别做出制冷或者制热响应，从而实现对激光介质整体温度的精确动态控制。为实现本技术的上述目的，本技术采用以下技术措施构成的技术方案来实现的。本技术提出的一种薄片激光介质温度控制装置，包括激光介质、焊接层、热沉、导热胶、散热器、风扇及固定架、闭环电路控制系统和计算机系统；按照本专利技术，还包括由若干半导体制冷片组成的半导体制冷片阵列，半导体制冷片的冷端面及热端面，温度传感器；所述各半导体制冷片的冷端面与对应的温度传感器连接；各半导体制冷片的冷端面通过导热胶与热沉连接；半导体制冷片的热端面与散热器紧密连接；闭环电路控制系统与温度传感器、半导体制冷片、风扇、以及计算机系统连接。上述技术方案中，所述的热沉的厚度为0. 5_5mm。上述技术方案中，所述的半导体制冷片阵列的形状可以是矩形、或者方形、或者圆形，或者与激光介质的分布形状相对应。上述技术方案中，所述的半导体制冷片阵列的排列方式可以为方形阵列、或者矩形阵列、或者扇形阵列。本技术所述的装置中，当薄片激光器工作时，激光介质的温度通过焊接层、热沉、导热胶等传导至半导体制冷片阵列上的半导体制冷片的冷端面上；温度传感器实时检测半导体制冷片的冷端面上的实际温度，温度传感器将该实际温度发送至计算机系统，计算机系统发出温度控制信号，该温控信号通过闭环电路控制系统实时反馈给半导体制冷片，半导体制冷片则根据温度控制信号对激光介质各子区域做出制冷或者制热响应，从而实现对激光介质子区域温度的精确控制，进而达到对激光介质整体温度的精确控制的目的。本技术与现有技术相比具有以下特点和有益技术效果1、本技术所提出的薄片激光介质的温度控制装置，采用半导体制冷片阵列作为激光介质的温度控制元件，与传统的单一的制冷方式相比，能够实现对激光介质分区域制冷或者制热，从而达到对激光介质温度整体控制的目的，克服了传统制冷方式冷却不均的问题。2、本技术所提出的薄片激光介质的温度控制装置，通过调节半导体制冷片工作电流的大小，可方便调节半导体制冷片制冷或者制热的效率；通过切换电流方向，可使半导体制冷片从制冷工作状态转变为制热工作状态；响应速度快，效率高，使用寿命长，且易于控制。3、本技术所提出的薄片激光介质的温度控制装置，采用半导体制冷片阵列作为激光介质的温度控制元件，无机械传动部分，工作中无噪音，无液体、气体工作介质，因而不污染环境；并且体积小，易于集成化与智能化控制。4、本技术所提出的薄片激光介质的温度控制装置，能够实现对激光介质温度分区域控制，通过对激光介质各子区域制冷或制热，使得激光介质的整体温度维持在一个较为均勻的温度分布；有效地降低了激光器因激光介质热效应引起的热致应力双折射和热透镜效应的影响，从而有效提高了激光的输出功率和光束质量。附图说明图1是本技术薄片激光介质温度控制装置的结构示意图；图2是本技术装置3X3半导体制冷片阵列示意图；图3是本技术装置圆形半导体制冷片扇形阵列示意图；图4是本技术装置6X3矩形半导体制冷片阵列示意图；图5是本技术实施例一激光介质温度控制前的温度分布等高线图；图6是本技术实施例一 6X6矩形半导体制冷片阵列的示意图；图7是本技术实施例一激光介质温度控制后的温度分布等高线图；图8是本技术实施例一激光介质温度控制前和控制后过χ轴中心的温度分布对比图；图9是本技术实施例一激光介质热流控制前和控制后过χ轴中心的温度分布对比图。图中，1-激光介质，2-焊接层，3-热层，4-导热胶，5-半导体制冷片阵列，6_半导体制冷片，7-散热器，8-风扇，9-冷端面，10-热端面，11-温度传感器，12-固定架，13-闭环电路控制系统，14-计算机系统。具体实施方式以下结合附图，并通过具体实施例对本技术激光介质温度控制装置作进一步详细说明，但它仅用于说明本技术的一些具体的实施方式，而不应理解为对本技术保护范围的任何限定。本技术所述一种薄片激光介质温度控制装置，其整体结构如图1所示。包括激光介质1，焊接层2，热沉3，导热胶4，散热器7，风扇8，固定架12，闭环电路控制系统13 和计算机系统14，半导体制冷片6，由各半导体制冷片6组成的半导体制冷片阵列5，半导体制冷片6的冷端面9及热端面10，温度传感器11 ；所述激光介质1通过焊接层2与热沉 3紧密相连；所述半导体制冷片阵列5上各半导体制冷片6的冷端面9与对应的温度传感器11连接，半导体制冷片6的冷端面9还通过导热胶4与热沉3紧密连接；半导体制冷片 6的热端面10与散热器7紧密连接；闭环电路控制系统13与温度传感器11、半导体制冷片 6、风扇8、以及计算机系统14连接；所述风扇8与散热器7固定在一起，散热器7被固定于固定架12上。当薄片激光器工作时，激光介质1的温度通过焊接层2、热沉3和导热胶4等传导至半导体制冷片阵列5上本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种薄片激光介质温度控制装置，包括激光介质（１）、焊接层（２）、热沉（３）、导热胶（４）、散热器（７）、风扇（８）及固定架（１２）、闭环电路控制系统（１３）和计算机系统（１４）；其特征在于还包括由若干半导体制冷片（６）组成的半导体制冷片阵列（５），半导体制冷片（６）的冷端面（９）及热端面（１０），温度传感器（１１）；所述半导体制冷片（６）冷端面（９）与对应的温度传感器（１１）连接；各半导体制冷片（６）的冷端面（９）通过导热胶（４）与热沉（３）连接；半导体制冷片（６）的热端面（１０）与散热器（７）紧密连接；闭环电路控制系统（１３）与温度传感器（１１）、半导体制冷片（６）、风扇（８）、以及计算机系统（１４）连接。

【技术特征摘要】
1.一种薄片激光介质温度控制装置，包括激光介质(1)、焊接层O)、热沉(3)、导热胶 (4)、散热器(7)、风扇(8)及固定架(12)、闭环电路控制系统(13)和计算机系统(14)；其特征在于还包括由若干半导体制冷片(6)组成的半导体制冷片阵列(5)，半导体制冷片(6) 的冷端面(9)及热端面(10)，温度传感器(11)；所述半导体制冷片(6)冷端面(9)与对应的温度传感器(11)连接；各半导体制冷片(6)的冷端面(9)通过导热胶⑷与热沉(3)连接；半导体制冷片(6)的热端面(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯国英，周寿桓，杜永兆，杨火木，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：90