[发明专利]一种激光器用晶体的冷却系统

说明书

技术领域

本发明属于激光器用晶体冷却领域，具体涉及一种激光器用晶体的冷却系统。用于激光器中系统中对激光器用晶体（如钛宝石）进行低温绝热防结露冷却。

背景技术

在泵浦源泵浦的钛宝石激光器中，要充分挖掘钛宝石激光器的运用潜力，需要解决钛宝石晶体的热透镜等关键性的问题，这就要求对晶体进行低温冷却，以使晶体的热导率增加，热梯度减小，热透镜效应减小。目前使用的晶体的低温冷却系统绝热材料的选用不合理，绝热结构采用薄垫圈的结构形式，导致绝热性能不好；观察窗体等采用真空胶来粘接密封，密封不可靠，不能保证整个系统保持一个稳定的真空状态；低温冷源传导采用直接传导，不能很好保证低温环境；整个装置没有水蒸气分压力调控功能，导致冷却系统容易结露，严重制约了激光器的正常工作。

发明内容

为了克服已有技术的冷却系统对钛宝石晶体低温冷却过程中，绝热不佳及装置容易结露的不足，本发明提供了一种激光器用晶体的冷却系统。

本发明的激光器用晶体的冷却系统，其特点是：所述的冷却系统包括晶体热沉装置、真空室、测温装置接口、真空装置接口、冷却接口装置、布鲁斯特窗体、观察窗体；所述的晶体热沉装置含有晶体热沉、内外绝热垫、晶体和晶体热沉压盖，其中，晶体热沉与内外绝热垫固定连接，在晶体热沉上安装有晶体，晶体热沉压盖压紧晶体固定设置在晶体热沉上，在晶体热沉中设置有一通孔；真空室为一个内部为圆柱形的空腔，所述的晶体热沉装置安装在真空室腔体内的底面上。

在真空室的顶部设置有圆形出口，真空室的侧壁上设置有冷却接口、测温装置接口、真空装置接口，在真空室侧壁上还设置有安装布鲁斯特窗体的带斜面的圆柱接口，在圆柱接口的斜面上设置有布鲁斯特窗体的安装槽。

在真空室顶部圆形出口处安装有观察窗体，观察窗体由观察窗片、窗片压盖组成，观察窗体的观察窗片安装在真空室上部圆形出口上，窗片压盖压紧在观察窗片上，在观察窗体的观察窗片与真空室之间设有橡胶密封圈。

用于外接冷却系统的冷却接口装置由绝缘座与中空的导热金属管通过螺纹旋合而成，与绝缘座相连接的导热金属管外的表面涂抹有螺纹密封胶，导热金属管旋入晶体热沉中设置的相对应的通孔中，绝缘座安装在真空室外壁的冷却接口中，通过螺钉与真空室外壁固定连接，在导热金属管与绝缘座之间设置有密封圈，在绝缘座和真空室外壁之间设置有密封圈；

测温装置接口为航空插头，安装在真空室的侧壁上，航空插头的一端通过测温头与晶体热沉相连接，另一端外接温度反馈控制系统；真空装置接口固定在真空室的侧壁上，真空装置接口外接真空系统；在真空室侧壁圆柱接口斜面上的安装槽内安装有布鲁斯特窗体，在安装布鲁斯特窗体的圆柱侧面上设置有温控片。

所述的内外绝热垫采用导热系数小于0.08W/(m·K)的绝热材料制成。

所述的内外绝热垫的厚度大于8mm。

所述的冷却装置接口中的导热金属管的导热系数大于407W/(m·K)，绝热座由导热系数小于0.08W/(m·K)的绝热材料制成。

所述的冷却接口装置中的导热金属管外径与晶体热沉相对应通孔的粗糙度小于0.8，导热金属管外径与晶体热沉相对应通孔之间的间隙为0～0.054mm。

所述的冷却接口装置中的导热金属管外径与真空室侧壁上的冷却接口之间的单边间隙为1.5～2mm。

所述的观察窗体中的密封圈由耐零下90度的橡胶材料制成。

所述的真空室内部为圆柱形的空腔（其内表面粗糙度小于0.8），为内部晶体热沉夹持装置、布鲁斯特窗体提供一个安装空间，为整个系统提供了对外的测温装置接口、真空装置接口、冷却接口装置等功能接口，使之形成一个完成特定功能的系统。

所述的真空装置接口外接真空系统，为整个装置提供真空环境，降低了真空室内表面和晶体热沉夹持装置表面之间的空气热对流，减少了热量损失。

所述的冷却接口装置外接低温冷却系统，通过导热金属管使外部冷却源和真空室内部晶体热沉夹持装置连接成一体，为晶体冷却提供低温环境。

所述的测温装置接口一端通过测温头与晶体热沉夹持装置连接，另一端外接低温冷却系统，时时反馈和调控晶体的温度状态。

所述的内外绝热垫为导热系数小于0.08W/(m·K)材料制成的绝热垫；绝热垫采用点接触的形式，缩小接触面积，根据绝热材料性能参数确定了绝热垫厚度不小于8mm，减小了热量的传递，确保绝热可靠。