[发明专利]一种固体激光块材料的模块化热管理装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种固体激光块材料的模块化热管理装置及其控制方法，包括上部水冷模块、下部水冷模块、上部半导体制冷芯片，下部半导体制冷芯片、上部制冷单元、下部制冷单元、热敏电阻和双通道温度控制系统，上部水冷模块安装在上部制冷单元顶端，上部半导体制冷芯片封装在上部制冷单元内；下部水冷模块安装在下部制冷单元底端，下部半导体制冷芯片封装在下部制冷单元内；激光块材料由左右两侧限位片夹持，固定于上部制冷单元与下部制冷单元中间；热敏电阻、上部半导体制冷芯片和下部半导体制冷芯片与双通道温度控制系统电性连接。本发明有效缓解激光块材料在高功率端面泵浦下的热效应问题，改善激光器输出激光的效率和功率稳定性及光束质量。

技术领域

本发明属于激光块材料热管理技术领域，更具体的说是涉及一种固体激光块材料的模块化热管理装置及其控制方法。

背景技术

固体激光块材料是激光技术领域研究超强超快激光产生的一种重要增益介质形态，但其相对表面积(介质表面积和体积之比)较小，自散热效果有限。在高功率泵浦下，晶体处的废热积聚导致的热透镜和热致应力双折射效应会严重影响激光腔的模式稳定，还会导致发光激活离子的荧光谱线加宽和量子效率降低，致使激光器的阈值升高等。因此，低效、不均匀的热管理方案会严重限制此类固体激光器输出高平均功率、高光束质量超短脉冲的潜力。针对上述问题，光纤、薄片和板条等形态激光工作物质的出现，在不同程度增大了增益介质的相对表面积，改善了高功率泵浦下增益介质处的热问题，有效提升了超快激光光源的平均功率，但受到光纤芯径、色散管理和适用增益介质发射带宽等因素的限制，很难直接从上述激光器获得高峰值功率的激光输出。相较而言，固体激光块材料工艺简单，在理想吸收系数下具有十分平坦的发射光谱和较高的激光效率，可在中等平均功率下直接输出周期量级的飞秒激光，峰值功率超过百兆瓦量级，在驱动高次谐波和太赫兹产生等方面具有广阔的应用前景，是发展紧凑型相干极紫外光源和太赫兹光源的理想前端。实现固体激光块材料在高功率泵浦下高效、均匀的热管理是提升其产生激光的平均功率、直接获得高峰值功率飞秒激光的关键。

因此，如何提供一种固体激光块材料的模块化热管理装置及其控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种固体激光块材料的模块化热管理装置及其控制方法，有效缓解了激光块材料在高功率端面泵浦下的热效应问题，与现有散热方式相比显著改善了激光器输出激光的效率和功率稳定性及光束质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体激光块材料的模块化热管理装置，包括：上部水冷模块、下部水冷模块、上部半导体制冷芯片，下部半导体制冷芯片、上部制冷单元、下部制冷单元、热敏电阻和双通道温度控制系统，其中，

所述上部水冷模块安装在所述上部制冷单元的顶端，所述上部半导体制冷芯片封装在所述上部制冷单元内；所述下部水冷模块安装在所述下部制冷单元底端，所述下部半导体制冷芯片封装在所述下部制冷单元内；所述上部制冷单元与所述下部制冷单元相连，所述上部制冷单元与所述下部制冷单元的中间用于安装激光块材料，所述激光块材料顶面与底面分别与所述上部制冷单元、所述下部制冷单元贴合；所述热敏电阻设置于所述激光块材料的一侧，所述热敏电阻、所述上部半导体制冷芯片和所述下部半导体制冷芯片均与所述双通道温度控制系统电性连接。

优选的，所述激光块材料外侧包覆有铟箔包裹层。

优选的，还包括左侧限位片和右侧限位片，所述左侧限位片和所述右侧限位片设置于所述铟箔包裹层的两侧，且所述上部制冷单元通过左侧限位片和所述右侧限位片与所述下部制冷单元相连；所述热敏电阻安装在所述左侧限位片的固定孔内。

优选的，所述双通道温度控制系统通过通信串口与计算机相连。