[发明专利]一种标准具控温装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，具体是一种用于激光器的标准具控温装置。

背景技术

激光二极管(LD)泵浦的掺钕基质激光器经过腔内倍频获得的单频激光在许多领域有着广泛的应用，特别是近几年量子信息、量子网络和有关研究领域对作为泵浦源的单频绿光激光器的质量和功率提出愈来愈高的要求。在高功率激光器中一般采用环形腔选模的方法实现单频输出，但是，在的高功率内腔倍频激光器中，仅用环形腔选模不能获得稳定的单纵模振荡。

为了获得模式稳定的单纵模激光器，我们需要在激光谐振腔内插入一个光学滤波器来压窄增益晶体的受激发射带宽(基本原理见Applied Optics上文章“否Four watt long-term stableintracavity frequency doubling Nd:YVO₄ laser of single-frequency operation pumped by a fiber-coupledlaser-diode”46(5336)，2007)。光学滤波器有许多种类，其中使用最多、最普遍的一种是标准具。标准具有许多类型，早期的标准具在美国专利No：4081760和No：4097818中已有描述，它是由中间有空气隙的一对棱镜组成，其中一个棱镜固定，另一个棱镜被固定到一个压电陶瓷上。当给压电陶瓷施加一个高压电场时，空气隙的宽度发生变化，从而引起标准具透射峰的变化。与固片式标准具相比，这种标准具的成本较高，而且也不易小型化，因此不便在谐振腔内使用。最简单的一种标准具是由两个通光面相互平行的石英玻璃片(固片式标准具)，石英玻璃片的两个表面的反射光相互干涉是光学滤波器的基本原理，由于多光束干涉，只有某些特定频率的光能透过标准具在腔内往返传播，因而具有较小的损耗。其他频率的光因不能透过标准具而具有很大的损耗。在实际工作中，为了获得更高转化效率标准具的透射峰应该与谐振腔决定的纵模和增益曲线的中心重合。

标准具对不同波长的光束具有不同的透过率，即选择性损耗。这样当谐振腔内插入标准具后，它只对满足干涉相长的那些频率的光损耗较小，而对其它频率的光有较大损耗。如果标准具的透射峰不在增益曲线的峰值上时，就会引入较大的内腔损耗。实际中常采用两种方法调节标准具的透射峰：一种方法是调节光线在标准具表面的入射角，调节标准具的角度能够引起较大的走离损耗，而且不易控制。另一种方法是调节标准具的温度，标准具被固定在谐振腔内，减小了活动部件带来的不可靠性，同时温度也较角度容易控制。因此，为了获得较高的转化效率和好的功率稳定性，稳定地控制标准具的温度到某个值是必要的。

美国专利No：5048031公开了一种典型的标准具温度控制装置(见图1和图2)。在这个设计中，标准具10放置在装置中间的圆柱筒子11中。四个径向方向的支架12用来支撑放置标准具的圆柱筒子11，最外面的圆柱体13用来支撑支架12。标准具的温度通过放置在圆柱筒子11外表面的四个电阻加热器14来实现。温度传感器15放置在圆柱筒子11的外表面，用来采样标准具的温度。电阻加热器和传感器都通过导线连接到控制电路中。但是上述设计具有一些缺点。如电阻加热器只能制热，不能制冷，温度过高时只能通过炉子向外界的自然散热来降低炉体温度，所以不宜快速控制，而且不能控制标准具10的温度到零度以下；另外，控制元件和传感器都放置在圆柱筒子的外围，远离标准具的中心区域，因此不能精确控温，也会由于标准具表面受热不均匀而损坏标准具；这种装置较大的体积不易放入激光器谐振腔中使用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种结构紧凑、控制范围宽、控温精度高、易于快速控温和可以长时间可靠运转的用于激光器的标准具控温装置。

本发明提供的一种标准具控温装置，包括热沉、控制元件、被控制单元、传感器和温度控制电路，其特征在于所述的被控制单元用导热材料制成，标准具和传感器置于其中；所述的控制元件是中心设有通光孔的半导体制冷片，半导体制冷片的吸热面与被控制单元的一个表面紧密接触，半导体制冷片的散热面与热沉的一个表面紧密接触；在热沉和被控制单元的中心都设有通光孔，并与控制元件上的孔相重合。

所述控制元件、热沉和被控制单元上的通光孔的大小与标准具上光斑的大小有关，标准具上的光斑较大时，选择较大的通过孔；标准具上的光斑较小时，选择较小的通光孔。通光孔的大小与光斑的大小相匹配可以保证温度控制的精度。