[发明专利]一种大尺寸板条激光器晶体的液体冷却装置

说明书

本发明公开了一种大尺寸板条激光器晶体的液体冷却装置，包括包覆板条激光器晶体的两个流体腔体结构件，两个流体腔体结构件均设置有入水端和出水端，冷却液由入水端进入两个流体腔体结构件后能等份地分别进入板条激光器晶体两侧面的冷却工作区域；两个流体腔体结构件具有对称性，两大面换热的水流与换热效率的参数完全相同，在包覆板条激光器晶体的两大面上分别形成两个镜像、且相同的水路通道，通过导引冷却水流高速通过泵浦光作用区域，带走所积累的热量；流体腔体结构件包括有比例分水器、导流通道、蓄水过渡腔、流体变径注入窗口。该装置能够有效控制晶体温度场分布、降低整体温度水平，高效高质量的为大功率板条状激光放大器晶体进行冷却。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种大尺寸板条激光器晶体的液体冷却装置。

背景技术

随着固体激光器技术的发展以及人们对激光器指标要求的提高，高功率、高光束质量等需求成为更多应用系统所追求的光源性能指标，而与之对应的就是更高要求的激光器热管理技术。其中激光晶体的冷却是系统冷却中的关键，它不仅关系到系统的正常工作，同时更是影响高光束质量、高功率的重要因素之一。激光晶体的冷却要求不仅仅在乎晶体的整体温度水平，更加关注于晶体的温度均匀性，温度均匀性直接的体现就是温度梯度，梯度大的，热应力就大，随之而来的应力双折射、热焦距、退偏损耗等的有害效应就越大。众所周知，对于板条激光晶体，作为放大器增益介质，采用zigzag光路传输形式是一种非常有效的热效应积分抵消的手段，但这也仅仅是对于zigzag“之”字形光路垂直于传输方向(即光路平面内，垂直于被放大光整体走向的方向)上的热效应做抵消，对于垂直于zigzag平面的不均匀热梯度所导致的热效应没有任何抵消作用，因此保证该方向上的晶体热均匀性更是晶体热控制中的重点。

现有晶体冷却技术，无论是对激光棒，还是板条状激光晶体，仅考虑到晶体的宏观注入功率，即满足注入光功率×(1－“光-光”效率)＝液体冷却功率，当冷却系统仅考虑能量-功率的维度时，从整体上看是可以完成增益介质的冷却的，但在细节上容易出现热分布不均匀的情况，对于棒状晶体如，类似圆截面内的非同心圆形等温线分布，而对于板条状晶体如，则为通光截面内的多维不均匀分布。在这些温度场分布的影响下，所放大的信号光会因为受到不同方向上的不均匀折射率等的作用，产生不均匀的畸变，最终导致放大器后端输出的光斑发生严重变形，极大地影响最终的输出激光光束质量，造成整体冷却表现良好、观测点晶体温度水平正常，但激光输出光束质量较差的现象，实则晶体内部温度分布不均、热应变变化复杂，传统的冷却方式如浸入式的全腔冷却、固体传导冷却(这其中又有微通道与宏通道)均会带来不同的流体、温度等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大尺寸板条激光器晶体的液体冷却装置，该装置能够有效控制晶体温度场分布、降低整体温度水平，高效高质量的为大功率板条状激光放大器晶体进行冷却。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种大尺寸板条激光器晶体的液体冷却装置，所述装置包括包覆板条激光器晶体的两个流体腔体结构件，两个流体腔体结构件均设置有入水端和出水端，冷却液由入水端进入两个流体腔体结构件后能等份地分别进入板条激光器晶体两侧面的冷却工作区域；

两个流体腔体结构件具有对称性，两大面换热的水流与换热效率的参数完全相同，在包覆板条激光器晶体的两大面上分别形成两个镜像、且相同的水路通道，通过导引冷却水流高速通过泵浦光作用区域，带走所积累的热量；

每个流体腔体结构件包括有比例分水器、导流通道、蓄水过渡腔、流体变径注入窗口，其中：

所述比例分水器通过调节主进水管道后端连接的分水阀门，控制包覆板条激光器晶体两大面水流的流量，进而控制两大面水流的冷却能力；当板条激光器晶体出现垂直两大面方向的温度分布偏移现象时，通过所述比例分水器控制两边冷却液的流量，将偏移的温度分布进行补偿，以控制到中间对称的状态，优化晶体热分布；

所述蓄水过渡腔位于入水端，用于缓存进水；