[发明专利]一种紫外非线性晶体控温炉及其控温方法和装配方法

说明书

本发明涉及一种紫外非线性晶体控温炉及其控温方法和装配方法，所述紫外非线性晶体控温炉包括炉芯组件、控温组件以及导气组件，所述紫外非线性晶体控温炉采用流动高温气体对紫外非线性晶体进行包裹吹扫的方式进行控温，能够使紫外非线性晶体加热均匀，改善温度梯度问题，而且加热、降温速度快，同时流动高温气体还能够起到保护紫外非线性晶体的作用，而且所述紫外非线性晶体控温炉通过采用环形腔室和环形导气口供气体流通的形式，可以使气体流动更加均匀，加热更加充分，加热效率更高，另外，所述紫外非线性晶体控温炉采用内外两层的加热方式，具有较高的温度稳定性、换热面积以及控温精度。

技术领域

本发明涉及晶体控温技术领域，特别是涉及一种紫外非线性晶体控温炉及其控温方法和装配方法。

背景技术

为了达到相位匹配，使非线性晶体在低于室温的温度下运行通常是有问题的，因为如果周围空气不够干燥，则可能引起水冷凝在晶体表面。即使晶体材料对水不敏感，相较于通常情况，微小的水滴也会将激光聚焦，从而损伤晶体材料。另一方面，当温度快速变化或频繁变化的时候，在晶体恒温箱中的非临界相位匹配晶体会出现问题。尤其地，抗反射膜会由于不同的材料膨胀系数而被损伤。

因此非线性晶体一般需要在特定的温度下才能实现非线性光学转化，为了得到稳定的高效的非线性效率，非线性晶体通常工作在特定的高温环境中。由于紫外激光的波长短，单光子能量大，晶体材料通常对紫外光(具有高的光子能量)更敏感，而展示出更高的吸收率。尤其在超短脉冲情况下，高的群速度失配需要使用更短的晶体，更短的晶体在转换效率不变的情况下需要更高的光强度，这使得紫外晶体的工作环境极为苛刻，为产生高功率紫外线，非线性晶体会变成消耗品。为了延长紫外非线性晶体的工作寿命，对紫外非线性晶体的工作温度要求也更加严苛。激光通过非线性晶体时，在非线性晶体中产生非线性光学转化，转化效率较低，一部分入射激光能量以热量的形式留在晶体内部，还有一部分未发生转化反应的入射激光通过非线性晶体后随发生转化的激光传播。而且，此种转化率较低的现象随着激光波长变短，单光子能量变大，其转化率会进一步降低。

目前在固体激光器中非线性晶体的加热控温方式通常包括以下两种：

一种是采用金属热传导的方式，该方式具体将非线性晶体放置在一个热沉基座上，用压块压在非线性晶体上，通过加紧装置将非线性晶体加紧固定在热沉上。通过贴合在基座上的加热装置对非线性晶体进行加热控温。此种方式通过加热底部和一个侧面的方式，将热量传导给整个晶体，由于晶体受热不均匀，因此会产生温度的梯度效应。由于紫外非线性晶体对工作温度要求极为苛刻，晶体不同位置的温度差会对晶体的工作效率造成严重影响。因此该方案一般只能用在较小横截面的晶体上，较小的晶体截面无法通过移点提高晶体的寿命，造成激光器寿命短的问题。

第二种是采用空间热辐射和空气、金属热传导的方式，该方式具体将非线性晶体放置在带有凹槽的基座内，上面压一块压块，压块上面设置有带有螺纹的固定压块和设置于固定压块的顶丝，通过调节顶丝改变压块的压力大小固定非线性晶体，在基座和固定压块外有一个加热装置，在加热装置外有一层保温层。该方式通过辐射的方式加热晶体，其加热速度较慢。而且，当需要给晶体降温时由于晶体在炉子内部，需要先将外围加热装置的温度降下来后，才能通过热辐射的方式将晶体的温度降下来，同样晶体降温的速度也较慢。

总的来讲，现有的晶体控温方式存在晶体加热不均匀所产生的温度梯度问题，和加热、降温速度慢的问题，而且现有的晶体控温方式均没有对晶体设置保护措施，晶体容易发生损坏，原因有二：其一，晶体表面容易发生潮解，造成晶体表面雾化，激光通过晶体表面的透过率降低；同时激光通过雾化的表面时大量能量被吸收转化为热量，容易造表面的热应力损伤，从而降低晶体寿命。其二，激光器内部的微粒杂质通过布朗运动扩散并附着到晶体表面，降低了晶体的损伤阈值，激光通过表面的微粒时会导致晶体局部损伤。

发明内容