一种固体激光器

1.本发明涉及激光器技术领域，一种固体激光器。


背景技术：

2.激光作为上世纪发明的新光源，它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点，已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事以及科研等方面,其中固体激光器更因其工作状态稳定、寿命长、光束质量好等优势得到广泛应用。
3.高功率固体激光器具有效率高、光束质量好、体积小、结构紧凑等优点，在工业、科学研究和国家安全方面有着重要的应用。固体激光器在工作过程中，由于泵浦光场分布不均匀以及外部冷却不均匀，在增益介质内部形成不均匀的温度场，从而产生热应力，并导致晶体的光学特性发生一定变化，进而引起应力双折射、热透镜效应和退偏效应，甚至断裂，严重影响了激光器谐振腔的稳定性、激光输出功率、输出光束质量、电光转换效率及激光器寿命。
4.进而随着激光器功率水平不断提高和装置尺寸日益小型化，如何在有限空间内及时消除功率耗散所转化的废热，对增益模块内的增益介质进行的有效冷却，是大功率全固态激光器必须解决的关键问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种固体激光器，以解决背景技术中出现的问题。
6.本发明的技术方案是这样实现的：一种固体激光器，其特征在于，包括泵浦系统、腔镜、增益模块和冷却系统；
7.所述泵浦系统包括：
8.泵浦源，具有两组，且对称设置；
9.耦合机构，配合泵浦源对称设置有两组，且每组均包括有沿泵浦源的激光输出方向依次设置的两块耦合透镜、匀化器以及三块成像透镜；
10.所述腔镜包括：
11.泵浦端腔镜,具有两个，分别设于增益模块的两侧且与所述成像透镜对应设置；
12.全反腔镜，位于增益模块的一侧，且与其同侧的泵浦端腔镜对应设置；
13.输出端腔镜，位于增益模块的另一侧，且与其同侧的泵浦端腔镜对应设置；
14.所述增益模块包括：
15.壳体，设置于两组耦合机构之间，且其两侧端面正对于两块所述泵浦端腔镜；
16.增益介质，设置有多片且依次平行排列于所述壳体内，相邻的增益介质间隔形成液体流道；
17.所述冷却系统包括：
18.冷却液，设于所述壳体中，且所有的增益介质均浸没在冷却液内；
19.循环机构，与壳体的内部连通，且用于对壳体内的冷却液进行循环置换；
20.其中，壳体上设置有与其内腔连通的进液口和出液口，所述循环机构的输入端和输出端分别与出液口和进液口连接，所述增益模块、输出端腔镜、全反腔镜以及两个泵浦端腔镜构成谐振腔。
21.优选为：所述循环机构包括箱体、进液管、循环水泵、出液管以及热交换单元，所述箱体的左侧与进液管的一端连通，进液管的另一端与壳体上的出液口连接，所述箱体的右侧与出液管的一端连通，出液管的另一端与壳体上的进液口连接，所述循环水泵安装于进液管上，所述热交换单元包括固定安装于箱体顶部的制冷机以及设于箱体内且一端与制冷机的输出端连接的制冷管。
22.优选为：所述箱体的顶部和底部两侧的内壁上均固定连接有电机，每个所述电机远离箱体内壁的输出轴上均固定连接有与其同轴设置的转盘，所述转盘远离电机的一端通过连接轴承转动连接有配合杆，所述配合杆远离转盘的一端固定连接有波纹束带，所述波纹束带远离配合杆的一端固定在与电机相对的箱体的内壁上。
23.优选为：所述进液口安装有稳流过滤板。
24.优选为：所述壳体内设置有固定所述增益介质的固定机构，所述固定机构包括底座，沿底座的长度方向设置有转轴，转轴上并排穿设有第一移动单元和第二移动单元，所述第一移动单元和第二移动单元在转轴上能够相对于底座的轴向一端等间距移动，所述底座、第一移动单元和第二移动单元上分别并排设置有能够对增益介质进行夹持的固定件。
25.优选为：所述第一移动单元包括穿设在转轴上的第一螺纹杆、套设在第一螺纹杆上且相互螺纹配合的第一螺纹套，所述第二移动单元包括与第一螺纹杆并排穿设在转轴上的第二螺纹杆、套设在第二螺纹杆上且相互螺纹配合的第二螺纹套，所述第一螺纹套朝向第二移动单元的端部与第二螺纹杆朝向第一移动单元的端部相互抵接，且第一螺纹套与第二螺纹杆之间通过连接轴承相互连接。
26.优选为：所述底座上沿转轴的长度方向开设有限位槽，所述第一螺纹套和第二螺纹套上均设置有能够在限位槽内且沿限位槽的长度方向滑动的移动块。
27.优选为：所述转轴上至少设置有一个沿底座的长度方向的限位筋。
28.优选为：所述转轴上的第二移动单元至少设置有两个，且任意两个相邻的第二移动单元之间均通过与第一螺纹套和第二螺纹套之间相同的连接方式设置有连接轴承。
29.优选为：所述冷却液为去离子水、重水或四氯化碳液体中的任意一种。
30.有益效果：本发明通过在壳体内注入冷却液，将增益介质直接浸入冷却液内，再通过循环机构对壳体的冷却液进行循环置换，使得冷却液可以通过液体流道经过增益介质的表面，与增益介质的表面进行热交换，进而有效的对增益介质进行冷却，进一步，设置循环机构内设置有热交换单元，可将壳体内升温的冷却液进行降温处理，进而降温处理后的冷却液重新循环至壳体内，从而保证了对增益介质的冷却效率，设置的固定机构作为固定增益介质载体的同时，可以对所有增益介质之间的间距同时进行等距调节，从而调整相邻增益介质之间的液体流道的宽度，进而方便增大功率运行后，可以调节增益介质之间的液体流道的宽度来增加增益介质的表面冷却液的流量提高冷却速率，使得设备的适应性更强。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明具体实施方式结构示意图；
33.图2为本发明具体实施例中循环机构的内部结构示意图；
34.图3为本发明具体实施例中固定机构的内部结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.本发明各实施例具体可参考说明书中所示的图1-图3。
37.实施例1
38.本发明公开了一种固体激光器，其特征在于，包括泵浦系统1、腔镜10、增益模块2和冷却系统3；
39.所述泵浦系统1包括：
40.泵浦源11，具有两组，且对称设置；
41.耦合机构12，配合泵浦源11对称设置有两组，且每组均包括有沿泵浦源 11的激光输出方向依次设置的两块耦合透镜121、匀化器122以及三块成像透镜123；
42.所述腔镜10包括：
43.泵浦端腔镜101,具有两个，分别设于增益模块2的两侧且与所述成像透镜 123对应设置；
44.全反腔镜103，位于增益模块2的一侧，且与其同侧的泵浦端腔镜101对应设置；
45.输出端腔镜102，位于增益模块2的另一侧，且与其同侧的泵浦端腔镜101 对应设置；
46.所述增益模块2包括：
47.壳体21，设置于两组耦合机构12之间，且其两侧端面正对于两块所述泵浦端腔镜101；
48.增益介质22，设置有多片且依次平行排列于所述壳体21内，相邻的增益介质22间隔形成液体流道；
49.所述冷却系统3包括：
50.冷却液31，设于所述壳体21中，且将所有的增益介质22浸没在内；
51.循环机构32，与壳体21的内部连通，且用于对壳体21内的冷却液31进行循环置换；
52.其中，壳体21上设置有与其内腔连通的进液口212和出液口213，所述循环机构32的输入端和输出端分别与出液口212和进液口213连接，所述增益模块2、输出端腔镜102、全反腔镜103以及两块泵浦端腔镜101构成谐振腔。
53.通过采用上述技术方案，泵浦源的激光经两块耦合透镜、匀化器以及三块成像透镜，从泵浦端腔镜进入增益模块内,被增益介质吸收，产生的激光在谐振腔内震荡，最终从输出端腔镜传导出，且在泵浦过程中，泵浦源的激光会对增益模块产生热效应，进而导致增益模块升温，设置在壳体内的增益介质依次平行且间隔排列，相邻的增益介质之间形成液体流道，且壳体内设有冷却液，增益介质均浸在冷却液中，再通过设置的循环机构对壳体的冷却液进行循环置换，使得冷却液可以通过液体流道经过增益介质的表面，与增益介质的表面进行热交换，进而有效的对增益介质进行冷却，解决了在设备有限空间内对增益介质进行有效冷却的痛点问题。
54.在本发明具体实施例1中，所述循环机构32包括箱体321、进液管322、循环水泵323、出液管324以及热交换单元325，所述箱体321的左侧与进液管 322的一端连通，进液管322的另一端与壳体21上的出液口211连接，所述箱体321的右侧与出液管324的一端连通，出液管324的另一端与壳体21上的进液口212连接，所述循环水泵323安装于进液管322上，所述热交换单元325 包括固定安装于箱体321顶部的制冷机3251以及设于箱体321内且一端与制冷机3251的输出端连接的制冷管3252。
55.通过采用上述技术方案，设置在进液管上的循环水泵开启后，壳体内升温的冷却液经出液口进入进液管内，再从进液管进入箱体内，升温的冷却液在箱体内与制冷管进行热交换，被制冷管降温后，进入出液管，再从出液管经进液口进入壳体内，完成对增益壳体内冷却液的置换，保证了对增益介质的冷却效率，进一步，在循环机构对壳体内的冷却液进行置换时，相邻的增益介质之间液体流道内的冷却液产生流动，快速的对增益介质表面的热量进行置换，进一步提高了对增益介质的冷却效率。
56.在本发明具体实施例1中，所述箱体321的顶部和底部两侧的内壁上均固定连接有电机326，每个所述电机326远离箱体321内壁的输出轴上均固定连接有与其同轴设置的转盘327，所述转盘327远离电机326的一端通过连接轴承转动连接有配合杆328，所述配合杆328远离转盘327的一端固定连接有波纹束带 329，所述波纹束带329远离配合杆328的一端固定在与电机326相对的箱体321 的内壁上。
57.通过采用上述技术方案，通过电机驱动转盘转动，转盘转动使得配合杆产生左右动作，配合杆上的波纹束带随配合杆左右动作，进而使得流经波纹束带冷却液形成左右的乱流，从而通过加大对冷却液晃动达到快速高效对升温后的冷却液进行降温的效果，提升持续冷却的工作质量和效率。
58.在本发明具体实施例1中，所述进液口212安装有稳流过滤板100。
59.通过采用上述技术方案，设置的在进液口的稳流过滤板，使得穿过稳流过滤板的冷却液流动趋于稳定，减少增益壳体内冷却液轮流的现象，且提高冷却液置换的稳定性。
60.实施例2
61.在本发明具体实施例2中，所述壳体21内设置有固定所述增益介质22的固定机构4，所述固定机构4包括底座41，沿底座41的长度方向设置有转轴42，转轴42上并排穿设有第一移动单元43和第二移动单元44，所述第一移动单元 43和第二移动单元44在转轴42上能够相对于底座41的轴向一端等间距移动，所述底座41、第一移动单元43和第二移动单元44上分别并排设置有能够对增益介质22进行夹持的固定件45。
62.通过采用上述技术方案，设置的固定机构作为固定增益介质载体的同时，可以对
所有增益介质之间的间距同时进行等距调节，从而调整相邻增益介质之间的液体流道的宽度，进而方便增大功率运行后，可以调节增益介质之间的液体流道的宽度来增加增益介质的表面冷却液的流量提高冷却速率，使得设备的适应性更强，通过转动转轴，使得转轴上的第一移动单元和第二移动单元进行同向移动的同时，第一移动单元和第二移动单元之间以及主第一移动单元与底座边缘的间距变化大小一致，从而通过转动转轴，可同时调节各固定件的间距，同时保证了各固定件之间的间距相等。
63.在本发明具体实施例2中，所述第一移动单元43包括穿设在转轴42上的第一螺纹杆431、套设在第一螺纹杆431上且相互螺纹配合的第一螺纹套432，所述第二移动单元44包括与第一螺纹杆431并排穿设在转轴42上的第二螺纹杆441、套设在第二螺纹杆441上且相互螺纹配合的第二螺纹套442，所述第一螺纹套432朝向第二移动单元44的端部与第二螺纹杆441朝向第一移动单元43 的端部相互抵接，且第一螺纹套432与第二螺纹杆442之间通过连接轴承相互连接。
64.通过采用上述技术方案，当转动转轴时，同时带动第一螺纹杆和第二螺纹杆进行转动，分别与第一螺纹杆和第二螺纹杆螺纹连接的第一螺纹套和第二螺纹套沿转轴的轴线进行同步移动，同时，第一螺纹套推动第二螺纹杆沿转轴的轴线同步移动，从而保证了第一螺纹套和第二螺纹套进行同向移动的同时，第一螺纹套和第二螺纹套之间的间距变化大小一致
65.在本发明具体实施例2中，所述底座41上沿转轴42的长度方向开设有限位槽411，所述第一螺纹套432和第二螺纹套442上均设置有能够在限位槽411 内且沿限位槽411的长度方向滑动的移动块412。
66.通过采用上述技术方案，在第一螺纹杆和第二螺纹杆进行转动时，第一螺纹套和第二螺纹套上的移动块在限位槽内，对第一螺纹套和第二螺纹套进行转动限位，防止第一螺纹套和第二螺纹套被第一螺纹杆和第二螺纹杆带动旋转，保证第一螺纹杆和第二螺纹杆在第一螺纹杆和第二螺纹杆带动下始终沿转轴的轴线进行移动。
67.在本发明具体实施例2中，所述转轴42上至少设置有一个沿底座的长度方向的限位筋421。
68.通过采用上述技术方案，设置的限位筋，使得转轴转动时，第一螺纹杆和第二螺纹杆可以跟随转轴同步转动，且在第一螺纹套推动第二螺纹杆时，限位筋可以以对第二螺纹杆进行限位，保证第二螺纹杆沿转轴的轴线方向进行移动。
69.在本发明具体实施例2中，所述转轴42上的第二移动单元44至少设置有两个，且任意两个相邻的第二移动单元44之间均通过与第一螺纹套432和第二螺纹套442之间相同的连接方式设置有连接轴承。
70.通过采用上述技术方案，通过增加第二移动单元的数量，可以增加夹持增益介质的固定件的数量，方便根据增益介质的数量来设置第二移动单元的数量，从而达到同时控制所有增益介质的间距。
71.在本发明具体实施例1中，所述冷却液31为去离子水、重水或四氯化碳液体中的任意一种。
72.通过采用上述技术方案，使用的冷却液为离子水、重水或四氯化碳液体里的一种，均能达到对增益介质的冷却效果。
73.综上所述，本发明提供了一种固体激光器，可在有限的空间内提高对增益介质的冷却效果。
74.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。