全風冷式恆溫腔體的製作方法
2023-09-22 14:31:05 3
專利名稱：全風冷式恆溫腔體的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射諧振腔，特別是一種用於安裝雷射諧振腔的全風冷式恆溫腔體。
背景技術：
在目前市場上的端泵式雷射器中，根據散熱的方式主要分為水冷式和風冷式兩種，水冷式的系統由於需要經常更換冷卻水，能耗大，維護量大等問題，目前正逐步退出市場。在風冷式的端泵雷射器中，一般情況下，風冷式端泵雷射器的裝配和調試是在環境溫度為25°C的超淨間中進行的，由於散熱系統是採用散熱器和風扇自然散熱的方式，因此在調試的過程中，需要用雷射二極體泵浦輸出泵浦光對雷射晶體進行加熱，並與環境進行熱交換，直至達到溫度平衡，才能開始雷射器的調試工作，直至雷射器完成調試和裝配。 這種雷射器在不同的環境溫度下，開機後首先需要用雷射二極體泵浦輸出的泵浦光對雷射頭進行預熱，並與環境進行熱交換，直至達到溫度平衡，用於安裝晶體、光學鏡片等部件的架子恢復到調試時的安裝的溫度狀態，雷射器才能輸出穩定的額定功率的雷射。採用這種方式進行熱平衡，主要的問題是在於1、對於環境要求比較高，這類雷射器通常只能在15 25°C的環境下才能正常工作。如果環境溫度低於15°C，雷射器平衡的時間將大大加長，甚至不能達到溫度平衡，導致雷射器無法輸出額定功率；如果環境溫度高於25°C，由於雷射二極體和Q驅動晶體一直處於工作狀態，隨著雷射頭上的熱量積累，只利用雷射頭的表面與環境進行熱交換，雷射頭上的溫度將逐步升高，導致雷射頭過熱，將無法輸出額定功率的雷射；2、這類雷射器即使在15 25°C條件下，由於採用的是雷射二極體對雷射晶體進行加熱，雷射晶體通過熱傳導將熱量傳遞給雷射頭，整個過程的溫度平衡速度很慢，一般情況下預熱時間可能會超過20分鐘；3、由於預熱過程中雷射二極體一直是有功率輸出的，而且每一次開機都需要將近 20分鐘左右的預熱時間，這將對雷射二極體的有效壽命造成一定的折損。
發明內容本實用新型的目的是為了克服上述現有技術的缺陷，提供一種用於安裝雷射諧振腔的全風冷式的恆溫腔體，該恆溫腔體中的雷射器，在環境溫度-5 35°C下都能正常工作，並且預熱時間<10分鐘，在預熱時間內無需開啟雷射二極體和Q驅動，即可將恆溫腔體內的溫度恢復到調試時的溫度狀態，而且可以保證恆溫腔體的實際溫度達到設定溫度 +/-0. 01°C 範圍內。本實用新型的技術解決方案如下一種用於安裝雷射諧振腔的全風冷式恆溫腔體，其特點在於包括一個鋁合金腔體，該鋁合金腔體由鋁合金底蓋和具有長方形凹槽的鋁合金五面殼體密封構成，該鋁合金腔體外的每一面都包覆有隔熱板，在所述的鋁合金腔體底部的隔熱板外設有帶風扇的散熱器、溫控器和溫控器散熱片，在所述的鋁合金腔體內設有2個以上的溫度傳感器和一個以上的熱電致冷器，所述的溫度傳感器和熱電致冷器與所述的溫控器相連，每個所述的熱電致冷器與各自的帶風扇的散熱器相連。所述的鋁合金五面殼體採用整塊鋁用機械加工的方式加工而成，或採用鋁合金鑄造而成。所述的一個以上的熱電致冷器設置在所述的鋁合金腔體內需要的加熱和製冷的部位，該部位同時設有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內需要隨時知曉溫度的部位也設有溫度傳感器。所述的溫控器實時地通過所述的溫度傳感器檢測所述的鋁合金腔體內需要的加熱和製冷的部位的溫度並與設定的溫度值相比較，再及時控制相應的熱電致冷器進行適度的加熱或製冷，使所述的鋁合金腔體內的溫度達到預設的溫度值。所述的溫控器還具有CAN總線與計算機或顯示器相連，以隨時顯示所述的鋁合金腔體內各個溫度傳感器位置的溫度值。在所述的恆溫腔體內部，諧振腔工作的過程中，熱量不斷產生，並且由於各個器件的工作條件不同，各器件產生的熱量也有所不同，這會導致恆溫腔體內的熱梯度不同。所述的溫控器根據各溫度傳感器採集到的溫度，與調試時設定的溫度進行對比，根據當前實際的溫度調整熱電致冷器致冷功率。所述的溫控器對各個溫度傳感器和熱電致冷器分開控制，自動分配熱電製冷器的功率，實時調整熱電致冷器的製冷量，保證恆溫腔體的實際溫度達到設定溫度+/-0.0 rc範圍內。本實用新型的技術效果(1)本實用新型全風冷式的恆溫腔體，恆溫腔體的外圍安裝保溫材料，一方面降低恆溫腔體與空氣的熱交換，有效提高熱電致冷器加熱或致冷的效率；另一方面有效保證恆溫腔體的溫度控制精度不受外界環境的影響，進一步保證雷射器諧振腔的工作穩定性。使雷射器的溫度工作範圍從一般情況下的15 25°C擴展到更寬的工作範圍，可以達到-5 35°C，大大降低了對環境溫度的要求，能夠適應各種苛刻工作環境。(2)本實用新型全風冷式的恆溫腔體，由於溫度平衡以後，安裝的各光學器件的座子或者架子，可以通過熱電致冷器的自動功率分配，進行適應性冷卻，大大降低了雷射器的熱梯度，使雷射器輸出功率更穩定，雷射功率的不穩定度<1% ；指向穩定也大幅提高。(3)本實用新型全風冷式的恆溫腔體，採用了主動式的加熱和冷卻方式，無需採用雷射器的雷射二極體進行預熱和溫度平衡，大大縮短溫度平衡時間，可以快速進入工作的狀態，無需長時間預熱。(4)本實用新型全風冷式的恆溫腔體，無需使用雷射二極體對系統進行預熱和溫度平衡，節省了雷射二極體的工作時間，延長了雷射二極體的使用壽命。
圖1是本實用新型全風冷式恆溫腔體外觀立體圖圖2是本實用新型全風冷式恆溫腔體部分結構爆炸示意圖[0024]圖4是本實用新型溫控器的示意圖圖5是本實用新型一個應用實施例的剖視圖圖中1 一帶風扇的散熱器，2—溫控器散熱片，3 —雷射輸出口，4一一體化的鋁合金腔體，5—隔熱板，6 —熱電致冷器，7—溫控器，8—隔熱板，9 一隔熱板，10—鋁合金腔體蓋，11 一隔熱板，12 一隔熱板，13 一隔熱板，14 一泵浦光輸入口，15 —第一溫度傳感器，16 一第二溫度傳感器，17 一光學整形鏡片架；18 —光束整形鏡片，19 一泵浦光聚焦鏡片，20 —後腔鏡片及鏡架，21 —雷射晶體及晶體座，22 —調Q晶體及晶體座，23 — 1064nm 增透、532nm全反鏡片、24 —倍頻晶體、25 —前腔鏡片、26 —雷射輸出窗口。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但不應以此限制本實用新型的保護範圍。先請參閱圖1、圖2、圖3，圖1是本實用新型全風冷式恆溫腔體外觀立體圖，圖2是本實用新型全風冷式恆溫腔體部分結構爆炸示意圖，圖3是圖1的剖視圖，由圖可見，本實用新型全風冷式恆溫腔體，包括一個鋁合金腔體，該鋁合金腔體由鋁合金底蓋10和具有長方形凹槽的鋁合金五面殼體4密封構成，該鋁合金腔體外的每一面都包覆有隔熱板，在所述的鋁合金腔體底部的隔熱板外設有兩個帶風扇的散熱器1、溫控器7和溫控器散熱片2， 在所述的鋁合金腔體內設有2個以上的溫度傳感器15、16和一個以上的熱電致冷器6，所述的溫度傳感器15、16和熱電致冷器6與所述的溫控器7相連(參見圖4)，每個所述的熱電致冷器6與各自的帶風扇的散熱器1相連。所述的一個以上的熱電致冷器6設置在所述的鋁合金腔體內需要的加熱和製冷的部位，該部位同時設有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內需要隨時知曉溫度的部位也設有溫度傳感器。所述的溫控器7實時地通過所述的溫度傳感器15檢測所述的鋁合金腔體內需要的加熱和製冷的部位的溫度並與設定的溫度值相比較，再及時控制相應的熱電致冷器6進行適度的加熱或製冷，使所述的鋁合金腔體內的溫度達到預設的溫度值。當恆溫腔體的溫度低於設定的溫度時，溫度控制器根據PID調節控制熱電致冷器為腔體進行加熱；當恆溫腔體的溫度高於設定的溫度時，溫度控制器根據PID調節控制熱電致冷器為恆溫腔體進行冷卻，直至恆溫腔體的實際溫度達到設定溫度+/-ο. ore範圍內。本實施例的鋁合金五面殼體4採用整塊鋁用機械加工的方式加工而成的。圖5是本實用新型一個應用實施例的剖視圖，將端泵式雷射器的諧振腔、光學整形、聚焦系統等安裝於本實用新型全風冷式恆溫腔體內。該諧振腔和光學整形系統包括光學整形鏡片架1用於連接泵浦光纖的輸入；光束整形鏡片18，泵浦光聚焦鏡片19，後腔鏡片及鏡架20，雷射晶體及晶體座21，Q晶體及晶體座22，1064nm增透、532nm全反鏡片23、倍頻晶體對、前腔鏡片25、雷射輸出窗口 26。在全風冷式恆溫腔體內的雷射晶體和Q晶體附近分別各設有溫度傳感器15和熱電致冷器6。實驗表明，該系統安裝在本實用新型全風冷式恆溫腔體內，本實用新型恆溫腔體工作後，腔體內部的溫度很快達預設的溫度並平衡，在環境溫度-5 35°C下都能正常工作，並且預熱時間<10分鐘。在預熱時間內無需開啟雷射二極體和Q驅動，即可將恆溫腔體內的溫度恢復到調試時的溫度狀態，而且可以保證恆溫腔體的實際溫度達到設定溫度 +/-0.01°c範圍內。雷射器開始工作後，在連續12小時以上的工作過程中，功率的不穩定度始終<1%,指向穩定性<20 μ rad。
權利要求1.一種用於安裝雷射諧振腔的全風冷式恆溫腔體，其特徵在於包括一個鋁合金腔體， 該鋁合金腔體由鋁合金底蓋和具有長方形凹槽的鋁合金五面殼體密封構成，該鋁合金腔體外的每一面都包覆有隔熱板，在所述的鋁合金腔體底部的隔熱板外設有帶風扇的散熱器、 溫控器和溫控器散熱片，在所述的鋁合金腔體內設有2個以上的溫度傳感器和一個以上的熱電致冷器，所述的溫度傳感器和熱電致冷器與所述的溫控器相連，每個所述的熱電致冷器與各自的帶風扇的散熱器相連。
2.根據權利要求1所述的全風冷式恆溫腔體，其特徵在於所述的鋁合金五面殼體採用整塊鋁用機械加工的方式加工而成，或採用鋁合金鑄造而成。
3.根據權利要求1所述的全風冷式恆溫腔體，其特徵在於所述的一個以上的熱電致冷器設置在所述的鋁合金腔體內需要的加熱和製冷的部位，該部位同時設有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內需要隨時知曉溫度的部位也設有溫度傳感器。
4.根據權利要求1或3所述的全風冷式恆溫腔體，其特徵在於所述的溫控器還具有 CAN總線與計算機或顯示器相連，以隨時顯示所述的鋁合金腔體內各個溫度傳感器位置的溫度值。
專利摘要一種用於安裝雷射器諧振腔的全風冷式恆溫腔體，該腔體採用了一體化鋁合金腔體、多個熱電致冷器、多個溫度傳感器等，在該腔體內部可以安裝用於組成雷射諧振腔的各個器件。實驗表明本實用新型恆溫腔體中的雷射器，在環境溫度-5~35℃下都能正常工作，並且預熱時間<10分鐘，在預熱時間內無需開啟雷射二極體和Q驅動，即可將恆溫腔體內的溫度恢復到調試時的溫度狀態，而且可以保證恆溫腔體的實際溫度達到設定溫度+/-0.01℃範圍內。
文檔編號H01S5/024GK202308761SQ20112029838
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者施偉, 沈宏華, 田懷勇, 蔡志武, 金英傑 申請人:上海致凱捷雷射科技有限公司