一种晶体恒温炉的制作方法

1.本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种晶体恒温炉。


背景技术：

2.随着固体激光的发展，激光倍频技术被广泛应用于短波段的激光器领域。激光倍频也称“二次谐波”，是利用非线性晶体在强激光作用下的二次非线性效应，使频率为ω的激光通过晶体后变为频率为2ω的倍频光。常用的非线性晶体有lbo、ktp、kdp、bbo、clbo等。二次倍频可以将1064nm的红外入射光通过非线性晶体后生成532nm的绿光，通过三次倍频可以生成355nm的紫外光，四次倍频可以生成266nm的深紫外光。因此激光倍频技术在固体激光器中的应用大大扩展了激光的波段的变化范围，是将激光向短波长方向变换的主要技术方法。
3.为了实现激光倍频技术，除了选用合适的倍频晶体外，倍频晶体能够正常稳定地输出非常关键。激光倍频技术一个最大缺点是晶体随温度变化会导致倍频光束能量不稳定,尤其在大功率激光能量输出过程中,其倍频输出光束能量随晶体温度的变化十分大，因此倍频晶体能够正常稳定输出的关键是倍频晶体需要处于恒温并且温度波动范围小的环境中，所以用于放置倍频晶体的恒温腔体的性能是决定晶体能量输出稳定的关键性装置，且在三、四倍频短波段激光输出过程中对容置倍频晶体的恒温腔体要求高洁净的环境，以避免灰尘杂质和挥发物质导纸倍频晶体寿命减短甚至损伤。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术中倍频晶体在短波段激光输出过程中容置倍频晶体的恒温腔体内需要高洁净环境要求的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种晶体恒温炉，其包括晶体夹持器，用于固定倍频晶体，所述晶体夹持器的两端开设有供激光通过的通孔；炉体，其内开设有前后贯通的用于容置晶体夹持器的容置腔，以用于对所述晶体夹持器内所固定的倍频晶体进行恒温加热；透镜，其连接在所述炉体的一端，以用于封闭所述炉体的一端；所述炉体开设有与所述容置腔连通的进气通道，所述进气通道向所述透镜倾斜设置且所述进气通道的出气口位于倍频晶体与所述透镜之间，以使洁净气体经所述进气通道进入所述容置腔后经过倍频晶体表面进而带走灰尘和挥发物质。
6.可选地，所述炉体由内向外依次设置有炉芯、加热丝、隔热层和炉体外壳；所述容置腔设置在所述炉芯内，所述加热丝绕设于所述炉芯的外表面。
7.可选地，所述炉体还包括设置在所述加热丝和所述隔热层之间的保温层。
8.可选地，所述炉芯上开设有用于容置温度传感器的容置槽，所述温度传感器的信号线经所述隔热层和所述炉体外壳上开设的通孔与外界温度控制板连接。
9.可选地，所述炉芯、所述加热丝和所述保温层的两端通过两个卡环固定在所述隔热层内，所述卡环的中心开设有使激光通过的通光孔。
10.可选地，所述炉体远离所述透镜的一端设置有第一端盖，所述第一端盖上开设有使激光通过的通光孔，所述第一端盖与所述炉体螺纹连接，所述炉体的另一端设置有第二端盖，所述第二端盖设置有与所述进气通道连通的进气接头以及用于放置所述透镜的槽位，并开设有使激光通过的激光孔，所述第二端盖与所述炉体螺纹连接。
11.可选地，所述透镜的外侧设置有透镜法兰，所述透镜法兰开设有使激光通过的通光孔，所述透镜法兰通过螺丝与所述第二端盖连接以将所述透镜固定在所述第二端盖上。
12.可选地，所述第一端盖和所述第二端盖均设置有第一台阶和第二台阶，所述第一台阶与所述炉体外壳抵接，所述第二台阶与所述卡环的外端面抵接。
13.可选地，其特征在于，所述晶体夹持器包括夹持底座、压板和夹持上盖，所述夹持上盖与所述夹持底座配合形成的用于容置倍频晶体的腔体，所述夹持上盖通过拧入顶丝的方式压紧所述压板从而固定倍频晶体。
14.可选地，所述炉体外壳的外表面设置有用于将所述晶体恒温炉与激光器的基座固定的固定块。
15.由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：
16.本发明提一种晶体恒温炉，其包括晶体夹持器、炉体、透镜。晶体夹持器用于固定倍频晶体，炉体内开设有前后贯通的用于容置晶体夹持器的容置腔，以用于对晶夹持器内所固定的倍频晶体进行恒温加热；透镜连接在炉体的一端，以用于封闭炉体的一端；炉体开设有与容置腔连通的进气通道，进气通道向透镜倾斜设置且进气通道的出气口位于倍频晶体与透镜之间。洁净气体以一定的压力经进气通道进入容置腔内，由于进气通道倾斜设置，大部分洁净气体沿着与透镜相对的炉体一端流出，往透镜方向流动的部分洁净气体被透镜遮挡返回再沿透镜相对的炉体一端的出口流出，如此，则在气体流动过程吹扫过程中带走倍频晶体表面的灰尘和挥发物质，从而实现对整个晶体恒温炉内的倍频晶体的清洁，倍频晶体保持清洁降低了其损伤进而大大提高了使用寿命。
附图说明
17.图1为激光通过本技术提供的晶体恒温炉的原理示意图。
18.图2为本技术提供的晶体恒温炉的整体结构示意图。
19.图3为图2的另一视角示图。
20.图4为图2的轴向剖视图。
21.图5为图2的径向剖视图。
22.附图标记说明如下：
23.10、晶体夹持器；11、夹持底座；12、夹持上盖；13、压板；20、炉体；21、炉芯；211、容置腔；212、进气通道；213、容置槽；22、加热丝；23、保温层；24、隔热层；25、炉体外壳；26、温度传感器；27、卡环；30、透镜；40、第一端盖；41、第一台阶；42、第二台阶；50、第二端盖；511、透镜法兰；512、进气接头；60、固定块；a、倍频晶体。
具体实施方式
24.体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说
明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
25.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.为了进一步说明本发明的原理和结构，现结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
27.请参阅图1，由于倍频晶体a正常输出激光的过程是入激光穿过倍频晶体a，图1中的黑体箭头示出了激光的入射及出射方向，因此在恒温炉两侧是需要设置通光孔径，这种设置会让倍频晶体a的两端暴露在外界环境中，尤其是在倍频晶体a输出的短波长激光对环境有高洁净要求，由于无法清洁倍频晶体a表面的灰尘和挥发物质而导致倍频晶体a寿命的减短甚至损伤；如果在恒温炉两端均设置透镜30以密封恒温炉，不但增加了恒温炉复杂结构的安装难度，且安装的过程还要求严格清洁的安装环境，如果在安装过程中保证不了高度洁净的安装环境，灰尘杂质被密封在恒温炉内无法排除会加速倍频晶体a的损伤，大大降低其使用寿命。
28.因此本技术提供一种晶体恒温炉，其用于在倍频晶体a输出激光尤其是短波长激光的过程中，能够保持高洁净的环境。请参阅图1和图4，晶体恒温炉包括晶体夹持器10、炉体20和透镜30，晶体夹持器10设置在炉体20内，透镜30连接在炉体20的一端，炉体20上开设有进气通道212。
29.请参阅图4，晶体夹持器10用于固定倍频晶体a，其包括夹持底座11、压板13和夹持上盖12。夹持上盖12与夹持底座11配合形成一可容置倍频晶体a的圆柱体，该圆柱体的两端具有使激光通过的通孔，夹持底座11内形成与截面为方形的倍频晶体a的其中三个外周面接触的腔室，夹持上盖12设置在倍频晶体a不与夹持底座11接触的第四个外周面上，用于将倍频晶体a压紧在夹持底座11。具体地在本实施例中，倍频晶体a与夹持上盖12之间设置有压板13，夹持上盖12设置有螺纹孔，通过拧入顶丝的方式压紧压板13从而将倍频晶体a固定。
30.请参阅图1和图5，炉体20内开设有前后贯通的用于容置晶体夹持器10的容置腔211，以用于对晶体夹持器10内所固定的倍频晶体a进行恒温加热；透镜30连接在炉体20的一端，以用于封闭炉体20的一端；炉体20由内向外依次设置有炉芯21、加热丝22、隔热层24和炉体外壳25。
31.请再参阅图4，炉芯21为圆柱体，容置腔211设置在炉芯21内，炉芯21和夹块底座均设置有螺丝孔，通过螺丝将炉芯21与夹块底座固定进而使得晶体夹持器10和倍频晶体a固定在炉芯21内。炉芯21上开设有用于容置温度传感器26的容置槽213，温度传感器26的信号线经隔热层24和炉体外壳25上开设的通孔与外接温度控制板连接。具体地在本实施例中，温度传感器26使用高精度的pt1000温度传感器26，其控温精度达到了0.01℃。
32.加热丝22缠绕设置在炉芯21的外周面，加热丝22的引出端通过隔热层24和炉体外壳25开设的通孔接入到外界温度控制板进行加热电流电压输入，实现加热丝22的加热过程。通过采用加热丝22绕炉芯21的圆柱轴向缠绕，使得倍频晶体a四面受热均匀。
33.进一步地，在本实施例中，加热丝22和隔热层24之间设置有保温层23，保温层23包裹在加热丝22外部，保温层23为为石棉、铝箔、聚四氟材料包裹在一起的多层复合保温层23。炉芯21、加热丝22和保温层23的两端通过两个卡环27固定在隔热层24内，卡环27的中心开设有通光孔方便激光能够顺利通过。
34.炉体20开设有与容置腔211连通的进气通道212，进气通道212向透镜30倾斜设置且进气通道212的出气口位于倍频晶体a与透镜30之间，图1中的小箭头表示洁净气体，洁净气体以一定的压力通过进气通道212进入容置腔211内，由于进气通道212倾斜设置，大部分洁净气体可以沿着与透镜30相对的炉体20一端流出，往透镜30方向流动的部分洁净气体被透镜30遮挡只能返回再沿透镜30相对的炉体20一端的出口流出。在气体流动过程吹扫过程中带走倍频晶体a表面的灰尘和挥发物质，从而实现对整个晶体恒温炉内的倍频晶体a的清洁。
35.请参阅图2和图4，炉体20远离透镜30的一端设置有第一端盖40，第一端盖40上开设有使激光通过的通光孔，第一端盖40与炉体20螺纹连接。具体地，第一端盖40和隔热层24上均设置有螺丝孔位，通过螺丝将第一端盖40和隔热层24固定连接。
36.请参阅图3和图4，炉体20相对于第一端盖40的另一端设置有第二端盖50，第二端盖50设置有与进气通道212连通的进气接头512以及用于放置透镜30的槽位，并开设有使激光通过的激光孔，第二端盖50与炉体20螺纹连接。具体地，第二端盖50和隔热层24上均设置有螺丝孔位，通过螺丝将第二端盖50和隔热层24固定连接。透镜30的外侧设置有透镜法兰511，透镜法兰511开设有使激光通过的通光孔，透镜法兰511通过螺丝与第二端盖50连接进而将透镜30固定在第二端盖50上。
37.第一端盖40和第二端盖50均设置有第一台阶41和第二台阶42，第一台阶41和炉体外壳25抵接，第二台阶42与卡环27的外端面抵接。通过在炉体20的两端分别设置第一端盖40和第二端盖50，以分别对炉体20的两端进行压紧。
38.进一步地，炉体外壳25的外部表面设置有用于将晶体恒温炉与激光器的基座固定的固定块60。具体地，固定块60和炉体外壳25设置有相互配合的螺丝孔位，通过螺丝将固定块60和炉体外壳25连接在一起。固定块60与炉体外壳25接触连接的一面为曲面，该曲面的曲率半径与炉体外壳25的曲率半径一致，固定块60相对曲面的一面为用于锁固螺丝的平面。
39.具体的安装方式是：将倍频晶体a安装在夹块底座中，倍频晶体a一面与压板13接触，通过将夹块上盖的顶丝拧入压紧压板13进而将倍频晶体a压紧固定在夹块底座内；将固定好倍频晶体a的晶体夹持器10放入炉芯21内，通过螺丝将晶体夹持器10和炉芯21固定连接；将温度传感器26紧贴炉芯21安置在容置槽213内，炉芯21的外周面缠绕加热丝22，加热丝22的外层包裹上保温层23，温度传感器26和加热丝22的引出端通过隔热层24和炉体外壳25上开设的通孔引出分别与外接温度控制板连接；将缠绕好加热丝22并包裹上保温层23的炉芯21放置在隔热层24内，炉芯21的两端通过两个卡环27固定在隔热层24内，将安装在一起的炉芯21和隔热层24整体套入炉体外壳25内；第二端盖50放置在炉体20的一端，第二端
盖50的进气接头512与进气通道212连通，透镜30法兰与第二端盖50通过螺丝连接，通过螺丝拧紧的方式将透镜30固定在第二端盖50上，炉体外壳25的两端分别由第一端盖40和第二端盖50通过螺丝固定的拧紧力压紧。
40.具体的工作原理如下：将倍频晶体a在该晶体恒温炉内安装好后，接通清洁气体，将温度传感器26信号和加热丝22接通外界温度控制板，在温度控制板上设定所需要的温度，在本实施例中的温度控制板最高可设置200℃，温度传感器26会探测炉体20内倍频晶体a的温度，当温度到达设定值后温度波动范围控制在
±
0.01℃，从而使倍频晶体a温度处于稳定的工作环境；在通过进气接头512接通清洁气体后，洁净气体以一定的压力通过进气通道212进入容置腔211中,洁净气体或者带静电荷清洁气体在容置腔211内流通并沿着容置腔211的相对于透镜30的另一端流出，在气体流动过程吹扫带走倍频晶体a表面的灰尘和挥发物质，从而实现对整个晶体恒温炉内的倍频晶体a的清洁。
41.本发明提一种，其包括晶体夹持器10、炉体20、透镜30。晶体夹持器10用于固定倍频晶体a，炉体20内开设有前后贯通的用于容置晶体夹持器10的容置腔211，以用于对晶夹持器内所固定的倍频晶体a进行恒温加热；透镜30连接在炉体20的一端，以用于封闭炉体20的一端；炉体20开设有与容置腔211连通的进气通道212，进气通道212向透镜30倾斜设置且进气通道212的出气口位于倍频晶体a与透镜30之间。洁净气体以一定的压力经进气通道212进入容置腔211内，由于进气通道212倾斜设置，大部分洁净气体沿着与透镜30相对的炉体20一端流出，往透镜30方向流动的部分洁净气体被透镜30遮挡返回再沿透镜30相对的炉体20一端的出口流出，如此，则在气体流动过程吹扫过程中带走倍频晶体a表面的灰尘和挥发物质，从而实现对整个晶体恒温炉内的倍频晶体a的清洁，大幅度降低倍频晶体a的损伤提升倍频晶体a的使用寿命；且本技术提供的晶体恒温炉易于安装，在安装过程中不需要严格的清洁安装环境，更易于推广。
42.虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。