带有抑制寄生振荡的大孔径钛宝石冷却装置转让专利
申请号 : CN201210267366.6
文献号 : CN102780146B
文献日 : 2014-08-13
发明人 : 印定军 , 刘彦祺 , 陆效明 , 许毅 , 陆海鹤 , 梁晓燕 , 冷雨欣 , 李儒新 , 徐至展
申请人 : 中国科学院上海光学精密机械研究所
摘要 :
一种带有抑制寄生振荡作用的大口径钛宝石冷却装置，该装置的特点是包括专门用于承装匹配液与冷却液的钛宝石壳形支架，冷却循环装置和匹配液循环装置。本发明的特点是在装置中匹配液和冷却液同时进行循环，用冷却液对匹配液进行冷却，可以抑制大口径钛宝石寄生振荡，又可以在钛宝石工作在较高平均功率时为钛宝石提供冷却，同时在系统工作时还可以通过观察窗口观察到匹配液的漂白情况，由于匹配液也进行循环，可方便地对匹配液进行更换。
权利要求 :
1.一种能够抑制寄生振荡的大口径钛宝石冷却装置，特征在于该装置的构成包括安装钛宝石晶体的壳形支架（1）和具有底座的外部支架（10），匹配液循环系统（15）和冷却液循环系统（16），所述的壳形支架（1）为一圆筒形壳体并分为内外两层，内层为匹配液储存空间（12），该空间为螺旋槽形结构，外层为冷却液循环空间（13），该空间为圆环形槽形结构，所述的壳形支架（1）的圆筒形壳体内供钛宝石晶体的安装，该壳形支架（1）的两端分别具有与之相配合的左圆环形压环（8）和右圆环形压环（20），该左圆环形压环（8）的内侧有中心对称的内圆形凹槽和外圆形凹槽，供内O形圈（7）和外O形圈（6）嵌设，所述的壳形支架（1）套在所述的外部支架（10）中固定后，将所述的左圆环形压环（8）和右圆环形压环（20）与所述的壳形支架（1）的两端通过螺钉相固定，将所述的钛宝石晶体密封地安装在所述的壳形支架（1）内，所述的左圆环形压环（8）和右圆环形压环（20）设有与所述的匹配液储存空间（12）相通的进水口（2）和出水口（3），设有与所述的外层的冷却液循环空间（13）相通的进水口（4）和出水口（5），所述的匹配液储存空间（12）的进水口（2）和出水口（3）分别通过两根橡胶导管（28、
29）与所述的匹配液循环系统（15）的出水口（24）和进水口（25）连接，所述的外层的冷却液循环空间（13）的进水口（4）和出水口（5）分别通过另两根橡胶导管（26、27）与所述的冷却液循环系统（16）的出水口（23）和进水口（22）连接。
2.根据权利要求1所述的钛宝石冷却装置，其特征在于所述的匹配液储存空间(12)为螺旋形槽形结构，该螺旋形槽形结构的剖面结构为锯齿形，使匹配液在储存空间内充分循环，并确保寄生振荡的光束不会返回钛宝石晶体内。
3.根据权利要求1所述的钛宝石冷却装置，其特征在于所述的匹配液循环系统采用一体化小形循环装置（15），可以随时观察匹配液的漂白情况，也方便更换匹配液。
4.根据权利要求1所述的钛宝石冷却装置，其特征在于所述的橡胶导管采用黑色的橡胶导管，以便于防止匹配液不必要的曝光。
5.根据权利要求1所述的钛宝石冷却装置，其特征在于所述的壳形支架（1）与外部支架（10）用螺钉进行固定，方便对钛宝石的调整和安装。
说明书 :
带有抑制寄生振荡的大孔径钛宝石冷却装置
技术领域
[0001] 本发明涉及钛宝石激光器，特别是一种带有抑制寄生振荡的大孔径钛宝石冷却装置。
背景技术
[0002] 近年来，随着对强场超快科学的不断深入发展，对超强超短激光能量和强度要器的不断提高，各种技术得到长足的发展，其中基于钛宝石晶体的啁啾脉冲放大系统得到了最为广泛的认可，在这种系统中钛宝石是核心的器件，要得到大能量高强度的飞秒脉冲就需要大口径的钛宝石和较强的泵浦光。但大尺寸的钛宝石，和高功率的泵浦光会同时带来一些问题，其中包括由于晶体横向尺寸加大而引起钛宝石侧面之间的激光振荡，这种振荡称为寄生振荡，寄生振荡的存在会使得系统对脉冲种子光的放大效率降低，使得输出能量不能满足需要。而较大能量的泵浦光会引起钛宝石热畸变，影响输出脉冲的光斑质量。
[0003] 目前国际上已有人提出克服上述大口径钛宝石晶体所引起问题的方法，见参考文献【 Xiaoyan Liang,Yuxin Leng,Cheng Wang，Chuang Li，etal,OPTICS EXPRESS.15,15335（2007）】和【S.Ito,H.Nagaoka,T.Miura,etal,Appl1.Phys.B.74,343(2002) 】,前者分析了寄生振荡对钛宝石放大器的影响并提出通过含有碳粉或ir140的匹配液对钛宝石寄生振荡进行抑制，方法简单易行，效果明显。后者对工作在一定重复频率泵浦光作用下的钛宝石晶体所产生的热透镜作用进行分析，指出由于热透镜作用的存在会对光束质量产生影响。
[0004] 使用折射率为1.726含有吸收体的匹配液，与钛宝石的的折射率1.76较为接近，减小了光脉冲在钛宝石边缘的反射率，进而抑制了寄生振荡。匹配液一般选择与钛宝石晶体折射率相近的介质，如溴代萘和二碘甲烷，吸收体可以采用型号为ir140激光染料或碳粉或ir140。但这种方法的不足是当放大系统工作一段时间后匹配液中的碳粉或ir140会被漂白，使匹配液抑制寄生振荡的效果下降，使用时间的长短受客观因素影响较大，并且由于匹配液置于钛宝石壳形支架内，不方便观察，也为更换匹配液带来不便。由于匹配液封闭在壳形支架内因此在钛宝石工作在一定重复频率时无法对钛宝石进行冷却。
发明内容
[0005] 本发明通过对以上方法的改进，提供一种带有抑制寄生振荡作用的大孔径钛宝石冷却装置，该装置具有抑制寄生振荡、操作简便、安全性好和效果明显的特点。
[0006] 本发明的技术解决方案如下：
[0007] 一种带有抑制寄生振荡的大口径钛宝石冷却装置，特点在于该装置的构成包括安装钛宝石晶体的壳形支架和具有底座的外部支架，匹配液循环系统和冷却液循环系统，所述的壳形支架为一圆筒形壳体并分为内外两层，内层为匹配液循环空间，该空间为螺旋槽形结构，外层为冷却液储存空间，该空间为圆环形槽形结构，所述的壳形支架的圆环形壳体内供钛宝石晶体的安装，该壳形支架的两端分别与之相配合的圆环形压环和圆环形压环，该圆环形压环的内侧有中心对称的内圆形凹槽和外圆形凹槽，供内O形圈和外O形圈坎设，所述的壳形支架套在所述的外部支架中固定后，将所述的左圆环形压环和右圆环形压环与所述的壳形支架的两端通过螺钉相固定，将所述的供钛宝石晶体密封地安装在所述的壳形支架内，所述的左圆环形压环和右圆环形压环设有与所述的匹配液储存空间的相通的进水口和出水口，设有与所述的外层的冷却水循环空间相通的进水口和出水口，所述的匹配液储存空间的的进水口和出水口分别通过两根橡胶导管与所述的匹配液循环装置的出水口和进水口进行连接，所述的外层的冷却水循环空间的进水口和出水口分别通过另两根橡胶导管与所述的冷却水循环装置的出水口和进水口连接。
[0008] 所述的匹配液储存空间为螺旋形槽形结构，该螺旋形槽形结构的剖面结构为锯齿形，使匹配液在储存空间内充分循环，并确保证寄生振荡的光束不会返回钛宝石晶体内。
[0009] 所述的匹配液循环系统采用一体化小形循环装置，可以随时观察匹配液的漂白情况，也方便更换匹配液。
[0010] 所述的冷却系统采用型号为lx-300的冷却水循环装置，该装置采用压缩机制冷保证制冷效率，同时该装置控温精度为±0.1℃，循环流量最大为15l/min能够较好的满足匹配液的冷却效果。
[0011] 所述的橡胶导管采用用黑色的橡胶导管，以便于防止匹配液不必要的曝光。
[0012] 所述的壳形支架与外部支架用螺钉进行固定，方便对钛宝石的调整和安装。
[0013] 与先技术相比，本发明具有以下显著特点：
[0014] 1、匹配液更换简单易行，操作安全，更换匹配液会接触钛宝石壳形支架，对放大系统稳定性不会产生影响。
[0015] 2、匹配液存储空间采用螺旋形槽形结构，使匹配液在储存空间360度的充分循环。
[0016] 3、匹配液存储空间采用的螺旋形槽形结构，其剖面为锯齿形结构，能够更为有效的防止入射到匹配液存储空间的光线反射回钛宝石晶体。
[0017] 4、方便观察匹配液的漂白情况，保证了寄生振荡的抑制效果，提高了系统运行的稳定性。
[0018] 5、系统采用水冷系统对匹配液进行冷却，进而对钛宝石进行了冷却，保证了系统用于一定重复频率的钛宝石激光系统。
[0019] 6、系统结构简单，便于维护。
附图说明
[0020] 图1是本发明带有抑制寄生振荡作用的大孔径钛宝石冷却装置的立体分解图。
[0021] 图2是本发明中壳形支架的剖面图。
[0022] 图3是本发明系统装置的总体安装图。
具体实施方式
[0023] 先请参阅图1，由图可见，本发明带有抑制寄生振荡的大口径钛宝石冷却装置，该装置的构成包括安装钛宝石晶体的壳形支架1和具有底座的外部支架10，匹配液循环系统15和冷却液循环系统16，所述的壳形支架1为一圆筒形壳体并分为内外两层，内层为匹配液循环空间12，该空间为螺旋槽形结构，外层为冷却液储存空间13，该空间为圆环形槽形结构，所述的壳形支架1的圆筒形壳体内供钛宝石晶体的安装，该壳形支架1的两端分别与之相配合的圆环形压环8和圆环形压环20）该圆环形压环8的内侧有中心对称的内圆形凹槽和外圆形凹槽，供内O形圈7和外O形圈6坎设，所述的壳形支架1套在所述的外部支架
10中固定后，将所述的左圆环形压环8和右圆环形压环20与所述的壳形支架1的两端通过螺钉相固定，将所述的供钛宝石晶体密封地安装在所述的壳形支架1内，所述的左圆环形压环8和右圆环形压环20设有与所述的匹配液储存空间的12相通的进水口2和出水口3，设有与所述的外层的冷却水循环空间13相通的进水口4和出水口5，所述的匹配液储存空间的12的进水口2和出水口3分别通过两根橡胶导管28、29与所述的匹配液循环装置15的出水口24和进水口25进行连接，所述的外层的冷却水循环空间13的进水口4和出水口
5别通过另两根橡胶导管26、27与所述的冷却水循环装置16的出水口23和进水口22连接。
10中固定后，将所述的左圆环形压环8和右圆环形压环20与所述的壳形支架1的两端通过螺钉相固定，将所述的供钛宝石晶体密封地安装在所述的壳形支架1内，所述的左圆环形压环8和右圆环形压环20设有与所述的匹配液储存空间的12相通的进水口2和出水口3，设有与所述的外层的冷却水循环空间13相通的进水口4和出水口5，所述的匹配液储存空间的12的进水口2和出水口3分别通过两根橡胶导管28、29与所述的匹配液循环装置15的出水口24和进水口25进行连接，所述的外层的冷却水循环空间13的进水口4和出水口
5别通过另两根橡胶导管26、27与所述的冷却水循环装置16的出水口23和进水口22连接。
[0024] 所述的匹配液储存空间12为螺旋形槽形结构，该螺旋形槽形结构的剖面结构为锯齿形，使匹配液在储存空间内充分循环，并确保证寄生振荡的光束不会返回钛宝石晶体内。
[0025] 所述的匹配液循环系统15采用一体化小形循环装置，可以随时观察匹配液的漂白情况，也方便更换匹配液。
[0026] 所述的冷却系统16采用型号为lx-300的冷却水循环装置，该装置采用压缩机制冷保证制冷效率，同时该装置控温精度为±0.1℃，循环流量最大为15l/min能够较好的满足匹配液的冷却效果。
[0027] 所述的橡胶导管采用用黑色的橡胶导管，以便于防止匹配液不必要的曝光。
[0028] 所述的壳形支架1与外部支架10用螺钉进行固定，方便对钛宝石的调整和安装。
[0029] 壳形支架1的两端都有螺钉孔，该壳形支架1的两端各有一大一小两个O形圈6、7，在O形圈之外有一个圆环形压圈8，通过螺钉9将圆环形压环8，O形圈6、7及壳形支架连接在一起，形成封闭的空间。然后用螺钉11将壳形支架1固定在外部支架10内。连接各部分系统，如图3，用黑色的橡胶导管28、29将壳形支架内侧的匹配液进出水口2、3与匹配液循环装置15的进出水口24、25连接在一起，从匹配液上部的注水口18灌注匹配液。之后用橡胶导管26、27将钛宝石支架系统14靠外侧的冷却液进出水口4、5和冷却水循环装置16的进出水口22、23进行连接。具体步骤如下：
[0030] 第一步：将所述的O 形密封圈6、7分别放入壳体支架1左侧的环形压圈8的凹槽中，用螺钉9将环形压圈8与壳体支架1固定，再将钛宝石晶体17放在内侧O 形密封圈7的上面，该O 形密封圈的外径与饮宝石晶体17的外径相同，外侧密封圈6的外径与匹配液存储空间12的外径相同，壳体支架1的长度与钛宝石晶体17的长度相匹配。
[0031] 第二步：，将另外的两个O 形密封圈18、19放在该钛宝石晶体17的另一端，使内侧的O形密封圈19的外径正对钛宝石晶体17的外径，外侧的O形密封圈18正对匹配液存储空间12的外侧边缘。然后将右侧的环形压圈20的凹槽分别对准两个O形密封圈18、19，使该右侧的环形压圈20的螺孔对准所述的壳体支架1的螺孔，用螺钉21固定，保证晶体侧面，匹配液存储空间12与壳体支架1之间的全隙有良好的密封性;
[0032] 第三步：用黑色的橡胶导管28、29将匹配液存储空间的进出水口2、3与匹配液循环系统的连接起来。从匹配液循环系统上方的注水口18灌注配制好的匹配液，使匹配液在循环系统15和壳形支架1的匹配液存储空间不断的循环。
[0033] 第四步：用橡胶导管26、27将壳形支架内的冷却液存储空间13的进出水口与水冷循环系统16进行连接。
[0034] 由于匹配液内含有一定量碳粉或ir140，若装置长时间不工作，为了保证碳粉或ir140不会附着装置其他器件上，需要对壳形支架的匹配液存储空间12及循环系统15进行清洗。清洗的方法是，首先将剩余的匹配液，从循环系统中倒出来，再向循环系统加入酒精，开启循环系统，酒精在匹配液存储空间和循环系统中不断循环流动，一段时间后，从观察窗口观察酒精，若酒精中含有较多的碳粉或ir140，则倒出酒精，不断重复以上步骤，直至酒精中没有碳粉或ir140存在。重新加入匹配液。整个步骤操作简单，安全性高。