專利名稱：一種激光增益模塊及用于激光增益模塊的液冷循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于激光增益模塊的液冷循環(huán)裝置的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
激光增益模塊一般用于固體激光器。激光增益模塊主要包括模塊本體、泵浦源 (如靶條)和激光晶體棒。泵浦源和激光晶體棒均安裝于模塊本體內(nèi)部，其中泵浦源用于提供所需要的泵浦光，激光晶體棒用于接收泵浦光并在在泵浦光的激勵(lì)下產(chǎn)生激光輻射。在大功率激光增益激光模塊中，泵浦源在提供所需要的泵浦光同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一部分廢熱；而泵浦光在對(duì)激光晶體棒的泵浦過(guò)程中除了一部分能量用于有效泵浦，產(chǎn)生激光輻射外，也會(huì)產(chǎn)生大量廢熱，影響激光輸出功率和光束質(zhì)量。因此必須對(duì)激光增益模塊進(jìn)行制冷?，F(xiàn)有大部分激光增益模塊多采用水冷循環(huán)方式制冷。在激光模塊本體內(nèi)設(shè)置內(nèi)部水路，并將內(nèi)部水路與外部水路連通構(gòu)成循環(huán)回路，使冷卻水在壓力的作用下經(jīng)注水孔直接沖擊激光晶體棒從而使激光晶體棒溫度下降。圖IA示出了一個(gè)現(xiàn)有的激光增益模塊的剖面示意圖，圖IB示出了該現(xiàn)有的激光增益模塊的三維示意圖。該激光增益模塊主要包括模塊本體、泵浦源、激光晶體棒和液冷循環(huán)裝置。液冷循環(huán)裝置包括冷卻液循環(huán)通道、制冷機(jī)和泵送裝置(圖1A、圖IB中未示出制冷機(jī)和泵送裝置)，冷卻液循環(huán)通道由內(nèi)置的冷卻液輸入腔13、主冷卻腔10、副冷卻腔11、 冷卻液輸出腔13’和外接的冷卻液輸送管道(圖IA中未示出外接的冷卻液輸送管道)組成。其中，冷卻液輸入腔13和冷卻液輸出腔13’分別連接冷卻液輸送管道的兩端。主冷卻腔10用于冷卻激光晶體棒8，它由一個(gè)兩端開(kāi)口的透明剛性管(如玻璃管)構(gòu)成，該透明剛性管安裝在模塊本體9內(nèi)部。激光晶體棒置于主冷卻腔10中，主冷卻腔10長(zhǎng)度略短于激光晶體棒8，從而使激光晶體棒8的兩端探出主冷卻腔10，以便于激光的輸出。副冷卻腔11 用于冷卻泵浦源(圖中未示出)，副冷卻腔11的數(shù)目可根據(jù)泵浦源的數(shù)目作相應(yīng)的調(diào)整， 一般地，副冷卻腔11安裝(或制作)在模塊本體9內(nèi)接近泵浦源的位置處。冷卻液輸入腔 13由第一壓板5和第一端蓋3構(gòu)成。冷卻液輸出腔13’由第二壓板5’和第二端蓋3’構(gòu)成。冷卻液輸入腔13與主冷卻腔10、副冷卻腔11的輸入端均直接連通，類似地，冷卻液輸出腔13’與主冷卻腔10、副冷卻腔11的輸出端均直接連通。并且冷卻液輸入腔13設(shè)有一個(gè)冷卻液輸入口 14，冷卻液輸出腔13’設(shè)有一個(gè)冷卻液輸出口 14’，冷卻液輸入口 14、冷卻液輸出口 14’分別用于連接冷卻液輸送管道的兩端，從而構(gòu)成冷卻液循環(huán)通道。為避免影響到激光輸出的光路，一般來(lái)說(shuō)將冷卻液輸入、輸出口分別設(shè)置在冷卻液輸入、輸出腔的底部。并且，由于外接管道過(guò)多會(huì)占用或影響到光路中其它光學(xué)設(shè)備的安裝空間，因此，在激光增益模塊中通常只設(shè)置一個(gè)冷卻液輸入口和一個(gè)冷卻液輸出口。在上述激光增益模塊及其液冷循環(huán)裝置中，當(dāng)冷卻液(比如冷卻水)的流速較高時(shí)會(huì)產(chǎn)生湍流，傳熱更有效，激光晶體棒溫度下降會(huì)更大，所以理論上冷卻液流速越快，冷卻效果就越好。但是，流速的增加也會(huì)導(dǎo)致冷卻液對(duì)激光棒產(chǎn)生較大沖擊，進(jìn)而使得激光晶體棒發(fā)生抖動(dòng)，導(dǎo)致所產(chǎn)生的激光輻射缺乏穩(wěn)定性，降低激光增益模塊的輸出光質(zhì)量。綜上所述，當(dāng)前迫切需要克服上述問(wèn)題，提供一種既能保證冷卻效果，又不會(huì)降低輸出光質(zhì)量的激光增益模塊及用于該激光增益模塊中的液冷循環(huán)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供既能保證冷卻效果，又不會(huì)降低輸出光質(zhì)量的激光增益模塊及用于該激光增益模塊中的液冷循環(huán)裝置。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種激光增益模塊，包括具有軸線和兩個(gè)端面的模塊本體、泵浦源、激光晶體棒和液冷循環(huán)裝置，所述液冷循環(huán)裝置包括沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的主冷卻管，所述主冷卻管為透明剛性管，所述主冷卻管用于容納并冷卻所述激光晶體棒，且所述激光晶體棒的兩端均伸出所述主冷卻腔形成兩個(gè)延伸部；沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的副冷卻管，所述副冷卻管為剛性管，用于冷卻所述泵浦源；同軸安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上的第一端子，該第一端子內(nèi)部具有一個(gè)第一空腔，該第一端子內(nèi)側(cè)(指靠近模塊本體的一側(cè))端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第一端子在主通孔處密封連接，使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第一端子在副通孔處密封連接，使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述副冷卻腔連通；所述第一端子外側(cè)端面具有第一外接通孔(即冷卻液輸入口)，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸入所述第一空腔；以及同軸安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的的第二端子，該第二端子內(nèi)部具有一個(gè)第二空腔，該第二端子內(nèi)側(cè)端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第二端子在主通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第二端子在副通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述副冷卻腔連通；所述第二端子外側(cè)端面具有第二外接通孔(即冷卻液輸出口)，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸出所述第二空腔；其特征在于，所述液冷循環(huán)裝置還包括位于所述第一空腔內(nèi)的筒狀的第一緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第一緩沖環(huán)同軸，并且所述激光晶體棒的一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第一緩沖環(huán)；所述第一緩沖環(huán)將所述第一空腔分隔成冷卻液輸入腔和輸入緩沖腔兩個(gè)部分，其中，所述第一緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)是輸入緩沖腔，所述第一緩沖環(huán)外側(cè)是冷卻液輸入腔，所述輸入緩沖腔與所述主冷卻管所形成的主冷卻腔的輸入端連通，所述第一緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第一緩沖環(huán)外側(cè)注入內(nèi)側(cè)；所述冷卻液輸入腔與所述副冷卻管所形成的副冷卻腔的輸入端連通； 以及位于所述第二空腔內(nèi)的筒狀的第二緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第二緩沖環(huán)同軸，并且所述激光晶體棒的另一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第二緩沖環(huán)；所述第二緩沖環(huán)將所述第二空腔分隔成冷卻液輸出腔和輸出緩沖腔兩個(gè)部分，其中，所述第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)是輸出緩沖腔，所述第二緩沖環(huán)外側(cè)是冷卻液輸出腔，所述輸出緩沖腔與所述主冷卻管所形成的主冷卻腔的輸出端連通，所述第二緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)注入外側(cè)；所述冷卻液輸出腔與所述副冷卻管所形成的副冷卻腔的輸出端連
ο其中，所述第一端子包括依次同軸地安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上的第一端座、第一壓板和第一端蓋，所述第一端座和所述第一端蓋均為盆狀且開(kāi)口相對(duì)，所述第一壓板嵌入所述第一端座并與第一端座緊密配合，所述第一壓板與所述第一端蓋之間形成所述第一空腔；所述第一外接通孔設(shè)置在所述第一端蓋上；所述第二端子包括依次同軸地安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的第二端座、第二壓板和第二端蓋，所述第二端座和所述第二端蓋均為盆狀且開(kāi)口相對(duì)，所述第二壓板嵌入所述第二端座并與第二端座緊密配合，所述第二壓板與所述第二端蓋之間形成所述第二空腔；所述第二外接通孔設(shè)置在所述第二端蓋上；所述第一壓板上設(shè)有環(huán)形槽，所述第一緩沖環(huán)安裝在所述第一壓板的環(huán)形槽上； 所述第二壓板上設(shè)有環(huán)形槽，所述第二緩沖環(huán)安裝在所述第二壓板的環(huán)形槽上。其中，所述第一緩沖環(huán)、第二緩沖環(huán)均為圓筒狀；所述第一緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為 5mm，所述第一緩沖環(huán)的外徑至多為IOmm;所述第二緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為5mm，所述第二緩沖環(huán)的外徑至多為10mm。其中，所述第一緩沖環(huán)和所述第二緩沖環(huán)的筒壁的厚度均為0. 4mm 0. 6mm。其中，所述第一緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處；所述第二緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列技術(shù)效果1、本發(fā)明可有效緩解冷卻液體直接沖擊激光晶體棒造成激光棒抖動(dòng)而引起的激光輻射不穩(wěn)定性現(xiàn)象，并獲得穩(wěn)定的輻射激光輸出。2、本發(fā)明的液冷散熱效率高。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不額外占用空間，便于光路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝。


以下，結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖IA示出了一個(gè)現(xiàn)有的激光增益模塊的剖面示意圖；圖IB示出了一個(gè)現(xiàn)有的激光增益模塊的三維示意圖；圖2A示出了添加緩沖環(huán)后的激光增益模塊的剖面示意圖；圖2B示出了添加緩沖環(huán)后的激光增益模塊的三維示意圖；圖2C示出了套在激光晶體棒上的緩沖環(huán)截面圖；圖3示出了添加緩沖環(huán)后的激光增益模塊的局部放大剖面圖；圖4示出了緩沖環(huán)三維圖；圖5示出了緩沖環(huán)剖面圖。圖面說(shuō)明1-第一堵頭， 1，-第二堵頭；2-第一密封圈，2’-第二密封圈；3-第一端蓋， 3，-第二端蓋；
4-第一緩沖環(huán)，4’-第二緩沖環(huán)；5-第一壓板， 5，-第二壓板；6-第一端座， 6，-第二端座；7-激光模塊本體內(nèi)部的循環(huán)冷卻液體；8-激光晶體棒，8a_第一延伸部；8b_第二延伸部；9-激光模塊本體；10-主冷卻腔， IOa-主冷卻管；11 -副冷卻腔； 11 a-副冷卻管；12-輸入緩沖腔，12’ -輸出緩沖腔；13-冷卻液輸入腔；13 ’ -冷卻液輸出腔；14-冷卻液輸入口，14’ -冷卻液輸出口；
具體實(shí)施例方式下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步地描述。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種激光增益模塊。圖2A示出了該激光增益模塊的剖面(沿著模塊本體軸線的縱剖面)示意圖，圖2B示出了本實(shí)施例的激光增益模塊的三維示意圖。該激光增益模塊包括模塊本體9、激光晶體棒8、泵浦源(圖2A、圖2B中未示出)和液冷循環(huán)裝置。液冷循環(huán)裝置包括冷卻液循環(huán)通道、制冷機(jī)和泵送裝置(圖2A、圖 2B中未示出制冷機(jī)和泵送裝置)，冷卻液循環(huán)通道由內(nèi)置的冷卻液輸入腔13、輸入緩沖腔 12、主冷卻腔10、副冷卻腔11、輸出緩沖腔12’、冷卻液輸出腔13’和外接的冷卻液輸送管道 (圖2A中未示出外接的冷卻液輸送管道，圖2B中則示出了部分的冷卻液輸送管道)組成。 其中，冷卻液輸入腔13和冷卻液輸出腔13’通過(guò)冷卻液輸入口 14和冷卻液輸出口 14’分別連接外接的冷卻液輸送管道的兩端。主冷卻腔10用于冷卻激光晶體棒8，它由一個(gè)兩端開(kāi)口的透明剛性管(如石英玻璃管)構(gòu)成，該透明剛性管安裝在模塊本體9內(nèi)部。激光晶體棒8置于主冷卻腔10中，主冷卻腔10長(zhǎng)度略短于激光晶體棒8，從而使激光晶體棒8的兩端探出主冷卻腔10，以便激光的輸出。副冷卻腔11用于冷卻泵浦源(泵浦源安裝于模塊本體9內(nèi)部，在圖2A、圖2B中未示出泵浦源)，副冷卻腔11的數(shù)目可根據(jù)泵浦源的數(shù)目作相應(yīng)的調(diào)整，一般地，副冷卻腔11設(shè)置在模塊本體9內(nèi)接近泵浦源的位置處。冷卻液輸入腔13由第一壓板5、第一端蓋3和第一緩沖環(huán)4構(gòu)成。冷卻液輸出腔13’由第二壓板5’、 第二端蓋3’和第二緩沖環(huán)4’構(gòu)成。冷卻液輸入腔13通過(guò)輸入緩沖腔12與主冷卻腔10 的輸入端連通。同時(shí)，冷卻液輸入腔13直接與副冷卻腔11的輸入端連通。冷卻液輸出腔 13’通過(guò)輸出緩沖腔12’與主冷卻腔10的輸出端連通。同時(shí)，冷卻液輸出腔13’與副冷卻腔11的輸出端直接連通。并且冷卻液輸入腔13設(shè)有一個(gè)冷卻液輸入口 14，冷卻液輸出腔 13’設(shè)有一個(gè)冷卻液輸出口 14’，冷卻液輸入口 14、冷卻液輸出口 14’分別用于連接外部冷卻液輸送管道的兩端，從而構(gòu)成冷卻液循環(huán)通道。輸入緩沖腔12由第一緩沖環(huán)4、第一壓板5和第一端蓋3構(gòu)成。第一緩沖環(huán)4上有均勻設(shè)置的多個(gè)通孔，以便冷卻液能夠以不同方向均勻地從冷卻液輸入腔13注入輸入緩沖腔12。輸出緩沖腔12’由第二緩沖環(huán)4’、第二壓板5’和第二端蓋3’構(gòu)成。第二緩沖環(huán)4’上也均勻地設(shè)置通孔，以便冷卻液能夠以不同方向均勻地從輸出緩沖腔12’注入冷卻液輸出腔13’。參考圖2C，在增加緩沖環(huán)后，激光棒兩端的延伸部均位于緩沖腔內(nèi)，這種設(shè)計(jì)可使冷卻液體均勻地注入到激光晶體棒8兩端延伸部的四周，從而有效克服激光晶體棒8由于水流沖擊所產(chǎn)生的抖動(dòng)，這樣就可以適當(dāng)加大冷卻水的循環(huán)流速，從而在克服了激光晶體棒8抖動(dòng)問(wèn)題的同時(shí)使模塊的散熱效果明
顯提尚ο下面分別對(duì)組成本實(shí)施例中的液冷循環(huán)裝置的各個(gè)配件做進(jìn)一步地描述。其中，第一端座6和第二端座6’均為圓盆狀，分別通過(guò)螺紋固定安裝在所述模塊本體9的兩端，且第一端座6和第二端座6’均開(kāi)口朝外，用于嵌入第一壓板5和第二壓板 5’。第一壓板5和第二壓板5’均為圓盤(pán)狀，分別通過(guò)螺紋固定安裝在所述第一端座6和第二端座6’的外側(cè)端面上，且第一壓板5和第二壓板5’分別與第一端座6和第二端座6’緊密配合。第一端座6和第二端座6’的盆底均具有一個(gè)位于中央的主通水孔和三個(gè)位于主通水孔周?chē)母蓖ㄋ?。第一壓?和第二壓板5’也均具有一個(gè)位于中央的主通水孔和三個(gè)位于主通水孔周?chē)母蓖ㄋ住Ｖ魍ㄋ子糜谌菁{所述激光晶體棒8和構(gòu)成主冷卻腔 10的主冷卻管10a，主冷卻管IOa為透明剛性管。所述激光晶體棒8的長(zhǎng)度大于所述主冷卻管10a，激光晶體棒8的兩端從主冷卻管IOa伸出，形成第一延伸部8a和第二延伸部Sb。 副通水孔則用于容納構(gòu)成三個(gè)副冷卻腔的副冷卻管11a，副冷卻管Ila為剛性管。另外，第一壓板5和第二壓板5’的外側(cè)端面具有環(huán)繞主通水孔的環(huán)形槽，用于嵌入第一緩沖環(huán)4和第二緩沖環(huán)4’。第一緩沖環(huán)4和第二緩沖環(huán)4’均為圓筒形(圖4、圖5示出了一個(gè)緩沖環(huán)的示例)，第一緩沖環(huán)4和第二緩沖環(huán)4’的一端分別嵌在所述第一壓板5和第二壓板5’的環(huán)形槽中。第一端蓋3和第二端蓋3’各具有一個(gè)能夠容納所述激光晶體棒8的中央開(kāi)孔， 以便激光輻射輸出。第一端蓋3和第二端蓋3’大體上均為盆狀，它們分別扣在第一端座6 和第二端座6’上，并使與第一端座6緊密配合的第一壓板5和第一端蓋3之間形成大致呈圓餅狀的空腔、同樣使與第二端座6’緊密配合的第二壓板5’和第二端蓋3’之間形成大致呈圓餅狀的空腔。并且，第一端蓋3和第二端蓋3’的中央都分別具有用于固定第一緩沖環(huán) 4和第二緩沖換4’的圓形凹槽。裝配完成后，第一端蓋3與第一壓板5緊密接觸并壓緊第一緩沖環(huán)4，第二端蓋3’與第二壓板5’緊密接觸并壓緊第二緩沖環(huán)4’，使得在工作狀態(tài)下緩沖環(huán)的表面充分接觸到所述端蓋與壓板之間的冷卻液體7。第一壓板5和第一端蓋3之間的空腔被第一緩沖環(huán)4分割，在第一緩沖環(huán)4外側(cè)形成冷卻液輸入腔13，在第一緩沖環(huán)4 內(nèi)側(cè)形成輸入緩沖腔12。類似地，第二壓板5’和第二端蓋3’之間的空腔被第二緩沖環(huán)4’ 分割，在第二緩沖環(huán)4’外側(cè)形成冷卻液輸出腔13’，在第二緩沖環(huán)4’內(nèi)側(cè)形成輸出緩沖腔 12’。另外，第一端蓋3和第二端蓋3’的側(cè)面下端各具有一個(gè)冷卻液輸入口 14和冷卻液輸出口 14’，用于連接外接的冷卻液輸送管道，以從激光增益模塊外輸入或從激光增益模塊內(nèi)輸出冷卻液體7。第一堵頭1和第二堵頭1’各自具有中央凹槽，分別用于容納所述激光晶體棒8的兩個(gè)端頭，第一堵頭ι和第二堵頭1’通過(guò)螺紋連接的方式分別固定到所述第一端蓋3和第二端蓋3’上。第一密封圈2和第二密封圈2’是硅膠制成的0型密封圈，它們用于激光晶體棒兩端處的密封。第一密封圈2和第二密封圈2’分別套在所述激光晶體棒8兩端，第一密封圈2通過(guò)第一堵頭1和第一端蓋3螺紋旋緊壓緊，第二密封圈2’通過(guò)第二堵頭1’和第二端蓋3’螺紋旋緊壓緊。循環(huán)冷卻液體7采用蒸餾水或純凈水，但容易理解，本發(fā)明可采用的循環(huán)冷卻液體7并不限于此。激光晶體棒8選用釹玻璃。但容易理解，本發(fā)明激光晶體棒8可采用的材料并不限于此。第一堵頭1、第二堵頭1’、第一端蓋3、第二端蓋3’、第一端座6、第二端座6’、第一緩沖環(huán)4、第二緩沖環(huán)4’、第一壓板5和第二壓板5’均采用不銹鋼加工而成，或者以銅表面鍍鎳的方式加工而成。壓板外圓周與端座的內(nèi)圓周之間嵌入環(huán)形的密封圈，以使端座和壓板間密封。本實(shí)施例中，第一端蓋3和第二端蓋3’的側(cè)面下端分別具有冷卻液輸入口 14和冷卻液輸出口 14’，分別連接外接的冷卻液輸送管道的兩端。外接的冷卻液輸送管道中一般設(shè)置有外部水箱，外部水箱里的冷卻水通過(guò)所述端蓋側(cè)面的冷卻液輸入口到達(dá)緩沖環(huán)外表面，然后通過(guò)緩沖環(huán)上的小孔注入到激光晶體棒表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光晶體棒的冷卻，避免了冷卻水直接沖擊激光晶體棒造成激光晶體棒抖動(dòng)，提高了模塊的出光性能同時(shí)提高模塊的液冷散熱效率。大功率側(cè)泵模塊使用的激光晶體棒的直徑一般為2 3毫米，考慮到水壓和水流的速度，激光晶體棒外表面和緩沖環(huán)內(nèi)壁的距離d在大于1. 5mm時(shí)，可以獲得較好的散熱效果，同時(shí)不對(duì)激光棒產(chǎn)生影響出光質(zhì)量的沖擊。此外大功率側(cè)泵模塊的冷卻液流量一般為 10 12LPM(LPM即L/min)，冷卻液壓力PSI < 50(1PSI = 6. 4KPa)，鑒于緩沖環(huán)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，緩沖環(huán)的厚度為0. 4 0. 6mm,當(dāng)然環(huán)越厚越穩(wěn)定，但是外徑受到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制， 不能太大。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)緩沖環(huán)的內(nèi)徑(指內(nèi)直徑)大于等于5mm，緩沖環(huán)外徑(指外直徑) 小于等于10_時(shí)，可以更好地兼顧散熱效果和出光質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面。在一個(gè)大功率側(cè)泵模塊的優(yōu)選實(shí)施例中，激光晶體棒的半徑為1. 5mm，緩沖環(huán)的內(nèi)徑為8mm，外徑為9mm。每個(gè)緩沖環(huán)上均勻設(shè)置12個(gè)通孔且12個(gè)通孔分成兩圈排列(如圖 4、圖5所示)，通孔為圓形，其直徑1mm。對(duì)上述優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行實(shí)測(cè)，證明了添加緩沖環(huán)后光束質(zhì)量得到明顯改善。在環(huán)溫20°C、冷卻液流量為IlLPM的同等條件下，未加緩沖環(huán)時(shí)出光的功率穩(wěn)定性分布的RMS值為10%。添加緩沖環(huán)后RMS值降為了 5%。可見(jiàn)添加緩沖環(huán)使得激光棒出光穩(wěn)定性增強(qiáng)了一倍。(RMS即均方根，是光束質(zhì)量的重要評(píng)價(jià)函數(shù)。RMS值越大表示功率抖動(dòng)的越厲害。)需要說(shuō)明的是，上述實(shí)施例為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)明本并不限于此。比如，上述優(yōu)選實(shí)施例采用了端座、壓板和端蓋組成的結(jié)構(gòu)作為冷卻液輸入、輸出的端子，但本發(fā)明也可以采用其它結(jié)構(gòu)的端子。端子及緩沖環(huán)在結(jié)構(gòu)和位置上滿足以下要求即可第一端子同軸安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上，該第一端子內(nèi)部具有一個(gè)第一空腔，該第一端子內(nèi)側(cè)端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第一端子在主通孔處密封連接， 使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第一端子在副通孔處密封連接，使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述副冷卻腔連通；所述第一端子外側(cè)端面具有第一外接通孔(即冷卻液輸入口)，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸入所述第一空腔；同軸安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的的第二端子，該第二端子內(nèi)部具有一個(gè)第二空腔，該第二端子內(nèi)側(cè)端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第二端子在主通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第二端子在副通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述副冷卻腔連通；所述第二端子外側(cè)端面具有第二外接通孔(即冷卻液輸出口)，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸出所述第二空腔。第一緩沖環(huán)為筒狀，位于所述第一空腔內(nèi)，所述激光晶體棒與所述第一緩沖環(huán)同軸，并且所述激光晶體棒的一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第一緩沖環(huán)；所述第一緩沖環(huán)將所述第一空腔分隔成冷卻液輸入腔和輸入緩沖腔兩個(gè)部分，其中，所述第一緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)是輸入緩沖腔，所述第一緩沖環(huán)外側(cè)是冷卻液輸入腔，所述輸入緩沖腔與所述主冷卻管所形成的主冷卻腔的輸入端連通，所述第一緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第一緩沖環(huán)外側(cè)注入內(nèi)側(cè)；所述冷卻液輸入腔與所述副冷卻管所形成的副冷卻腔的輸入端連通； 第二緩沖環(huán)為筒狀，位于所述第二空腔內(nèi)，所述激光晶體棒與所述第二緩沖環(huán)同軸，并且所述激光晶體棒的另一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第二緩沖環(huán)；所述第二緩沖環(huán)將所述第二空腔分隔成冷卻液輸出腔和輸出緩沖腔兩個(gè)部分，其中，所述第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)是輸出緩沖腔，所述第二緩沖環(huán)外側(cè)是冷卻液輸出腔，所述輸出緩沖腔與所述主冷卻管所形成的主冷卻腔的輸出端連通，所述第二緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)注入外側(cè)；所述冷卻液輸出腔與所述副冷卻管所形成的副冷卻腔的輸出端連通。最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種激光增益模塊，包括具有軸線和兩個(gè)端面的模塊本體、泵浦源、激光晶體棒和液冷循環(huán)裝置，所述液冷循環(huán)裝置包括沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的主冷卻管，用于容納并冷卻所述激光晶體棒，且所述激光晶體棒的兩端均伸出所述主冷卻腔形成兩個(gè)延伸部；沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的副冷卻管；同軸安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上的第一端子，該第一端子內(nèi)部具有第一空腔，該第一端子與所述主冷卻管和副冷卻管均連通；以及同軸安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的第二端子，該第二端子內(nèi)部具有第二空腔， 該第二端子與所述主冷卻管和副冷卻管均連通；其特征在于，所述液冷循環(huán)裝置還包括位于所述第一空腔內(nèi)的筒狀的第一緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第一緩沖環(huán)同軸， 并且所述激光晶體棒的一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第一緩沖環(huán)；所述第一緩沖環(huán)將所述第一空腔分隔成冷卻液輸入腔和輸入緩沖腔兩個(gè)部分，所述第一緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第一緩沖環(huán)外側(cè)注入內(nèi)側(cè)；以及位于所述第二空腔內(nèi)的筒狀的第二緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第二緩沖環(huán)同軸， 并且所述激光晶體棒的另一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第二緩沖環(huán)；所述第二緩沖環(huán)將所述第二空腔分隔成冷卻液輸出腔和輸出緩沖腔兩個(gè)部分，所述第二緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)注入外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增益模塊，其特征在于，所述第一端子內(nèi)側(cè)端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第一端子在主通孔處密封連接，使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第一端子在副通孔處密封連接，使得所述第一端子內(nèi)的第一空腔與所述副冷卻腔連通；所述第一端子外側(cè)端面具有第一外接通孔，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸入所述第一空腔；所述第二端子內(nèi)側(cè)端面具有主通孔和副通孔，所述主冷卻管與所述第二端子在主通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述主冷卻腔連通；所述副冷卻管與所述第二端子在副通孔處密封連接，使得所述第二端子內(nèi)的第二空腔與所述副冷卻腔連通；所述第二端子外側(cè)端面具有第二外接通孔，用于外接冷卻液輸送管道以將冷卻液輸出所述第二空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增益模塊，其特征在于，所述主冷卻管為透明剛性管；所述副冷卻管為剛性管，用于冷卻所述泵浦源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光增益模塊，其特征在于，所述第一端子包括依次同軸地安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上的第一端座、第一壓板和第一端蓋，所述第一端座和所述第一端蓋均為盆狀且開(kāi)口相對(duì)，所述第一壓板嵌入所述第一端座并與第一端座緊密配合， 所述第一壓板與所述第一端蓋之間形成所述第一空腔；所述第一外接通孔設(shè)置在所述第一端蓋上；所述第二端子包括依次同軸地安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的第二端座、第二壓板和第二端蓋，所述第二端座和所述第二端蓋均為盆狀且開(kāi)口相對(duì)，所述第二壓板嵌入所述第二端座并與第二端座緊密配合，所述第二壓板與所述第二端蓋之間形成所述第二空腔；所述第二外接通孔設(shè)置在所述第二端蓋上；所述第一壓板上設(shè)有環(huán)形槽，所述第一緩沖環(huán)安裝在所述第一壓板的環(huán)形槽上；所述第二壓板上設(shè)有環(huán)形槽，所述第二緩沖環(huán)安裝在所述第二壓板的環(huán)形槽上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增益模塊，其特征在于，所述第一緩沖環(huán)、第二緩沖環(huán)均為圓筒狀；所述第一緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為5mm，所述第一緩沖環(huán)的外徑至多為IOmm ；所述第二緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為5mm，所述第二緩沖環(huán)的外徑至多為10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增益模塊，其特征在于，所述第一緩沖環(huán)和所述第二緩沖換的筒壁的厚度均為0. 4mm 0. 6mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光增益模塊，其特征在于，所述第一緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處；所述第二緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處。
8.一種用于激光增益模塊的液冷循環(huán)裝置，所述激光增益模塊包括具有軸線和兩個(gè)端面的模塊本體、泵浦源和激光晶體棒，所述用于激光增益模塊的液冷循環(huán)裝置包括沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的主冷卻管，用于容納并冷卻所述激光晶體棒，且所述激光晶體棒的兩端均伸出所述主冷卻腔形成兩個(gè)延伸部；沿所述模塊本體軸線方向穿過(guò)所述模塊本體的副冷卻管；同軸安裝在所述模塊本體一個(gè)端面上的第一端子，該第一端子內(nèi)部具有第一空腔，該第一端子與所述主冷卻管和副冷卻管均連通；以及同軸安裝在所述模塊本體另一個(gè)端面上的第二端子，該第二端子內(nèi)部具有第二空腔， 該第二端子與所述主冷卻管和副冷卻管均連通；其特征在于，所述液冷循環(huán)裝置還包括位于所述第一空腔內(nèi)的筒狀的第一緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第一緩沖環(huán)同軸， 并且所述激光晶體棒的一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第一緩沖環(huán)；所述第一緩沖環(huán)將所述第一空腔分隔成冷卻液輸入腔和輸入緩沖腔兩個(gè)部分，所述第一緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第一緩沖環(huán)外側(cè)注入內(nèi)側(cè)；以及位于所述第二空腔內(nèi)的筒狀的第二緩沖環(huán)，所述激光晶體棒與所述第二緩沖環(huán)同軸， 并且所述激光晶體棒的另一個(gè)延伸部穿過(guò)所述第二緩沖環(huán)；所述第二緩沖環(huán)將所述第二空腔分隔成冷卻液輸出腔和輸出緩沖腔兩個(gè)部分，所述第二緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)注入外側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液冷循環(huán)裝置，其特征在于，所述第一緩沖環(huán)、第二緩沖環(huán)均為圓筒狀；所述第一緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為5mm，所述第一緩沖環(huán)的外徑至多為IOmm ；所述第二緩沖環(huán)的內(nèi)徑至少為5mm，所述第二緩沖環(huán)的外徑至多為IOmm;所述第一緩沖環(huán)和所述第二緩沖環(huán)的筒壁的厚度均為0. 4mm 0. 6mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液冷循環(huán)裝置，其特征在于，所述第一緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處；所述第二緩沖環(huán)上設(shè)置一圈或多圈通孔，每圈通孔都設(shè)置其所在圓周的等分點(diǎn)位置處。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光增益模塊，包括液冷循環(huán)裝置，該液冷循環(huán)裝置包括穿過(guò)模塊本體的主冷卻管，用于容納并冷卻所述激光晶體棒；穿過(guò)所述模塊本體的副冷卻管；同軸安裝在所述模塊本體兩個(gè)端面上的第一端子和第二端子；其中，第一、第二端子內(nèi)部分別具有一個(gè)第一、第二空腔，第一、第二空腔與所述主冷卻管形成的主冷卻腔和所述副冷卻管形成的副冷卻腔均連通；所述第一、第二空腔內(nèi)分別具有筒狀的第一、第二緩沖環(huán)，第一緩沖環(huán)將第一空腔分隔成冷卻液輸入腔和輸入緩沖腔，第一緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第一緩沖環(huán)外側(cè)注入內(nèi)側(cè)，第二緩沖環(huán)將第二空腔分隔成冷卻液輸出腔和輸出緩沖腔，第二緩沖環(huán)的筒壁上均勻地設(shè)置通孔以使冷卻液均勻地從第二緩沖環(huán)內(nèi)側(cè)注入外側(cè)。本發(fā)明可提高液冷散熱效率，同時(shí)還能獲得穩(wěn)定的輻射激光輸出。并且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不額外占用空間。
文檔編號(hào)H01S3/042GK102457010SQ20101052238
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者侯立群, 唐熊忻, 張國(guó)新, 張晶, 樊仲維, 王鵬, 連富強(qiáng), 邱基斯, 黃科 申請(qǐng)人:北京國(guó)科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司