CN105244750B - 真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置 - Google Patents

Abstract

真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，它涉及大口径晶体倍频转换装置，具体涉及真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置。本发明为解决现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题。所述第一箱体包括第一内箱和第一外箱，第一外箱套装在第一内箱外，第一内箱的外表面上加工有第一进水槽、第一回水槽和多条第一分水槽，第一进水槽和第一回水槽沿着第一内箱的长度方向并列设置，多条第一分水槽围绕第一内箱的外侧壁并列设置，每条第一分水槽的一端与第一进水槽连通，每条第一分水槽的另一端与第一回水槽连通。本发明用于实现高通量大口径激光的倍频转换。

Description

真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置

技术领域

本发明涉及大口径晶体倍频转换装置，具体涉及真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置。

背景技术

倍频转换技术是获得某一特定波长激光的重要方法，主要通过晶体如KDP、DKDP、ADP等的倍频效应来得到高频率、高能量的激光，由于晶体具有较高的温度敏感度，在较小的温度变化下就能大幅度降低晶体的倍频效率，因此对晶体需要进行高精度的温度控制。但目前在大口径晶体倍频机构使用过程中，无法有效控制大口径晶体的温度，而这一问题亟待解决。同时，在高能量激光的倍频转换技术中，90°非临界相位匹配技术因为其具有较大的有效非线性光学系数、较小的相位匹配角灵敏度、没有光学走离和利用率高等优势而得到越来越多的应用，而90°非临界相位匹配技术的主要实现条件就是保证晶体工作在某一确定的温度条件下。目前，针对小晶体的温度控制技术比较成熟，装置也已经商品化，但是，如前所述，由于对大口径晶体的温度控制精度控制提出了越来越高的要求，而现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题。

发明内容

本发明为解决现有的加热装置无法实现大口径晶体精确温度控制并能保持晶体具有较高温度面均匀性问题，进而提出真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明所述大口径晶体倍频转换装置包括本体、水流控制阀、进水管道、恒温水箱、回水管道、真空管、真空机、大口径晶体倍频机构和多个水管接头，所述本体包括第一端盖、第一箱体、第二箱体和第二端盖，第一箱体的一端与第一端盖密封连接，第一箱体的另一端与第二箱体的一端可拆卸连接，第二箱体的另一端设置有第二端盖，大口径晶体倍频机构设置在第一箱体和第二箱体之间，所述第一箱体包括第一内箱和第一外箱，第一外箱套装在第一内箱外，第一内箱的外表面上加工有第一进水槽、第一回水槽和多条第一分水槽，第一进水槽和第一回水槽沿着第一内箱的长度方向并列设置，多条第一分水槽围绕第一内箱的外侧壁并列设置，每条第一分水槽的一端与第一进水槽连通，每条第一分水槽的另一端与第一回水槽连通，所述第一外箱上对应第一进水槽处加工有第一进水口，第一进水槽与第一进水口连通，第一外箱上对应第一回水槽处加工有第一回水口，第一回水槽与第一回水口连通；

第二箱体的结构与第一箱体的结构相同，第二箱体的外侧壁上分别设置有第二进水口和第二回水口，第二箱体的外侧壁上还设置有密封端盖，密封端盖的外侧壁上设置有第三进水口和第三回水口，进水管道分别与第一进水口、第二进水口和第三进水口连接，回水管道分别与第一回水口、第二回水口和第三回水口连接，进水管道上设置有水流控制阀和水管接头，回水管道上设置有多个水管接头，进水管道和回水管道均与恒温水箱连通，第一箱体的外侧壁上设置有真空口，真空机通过真空管与真空口连接。

本发明的有益效果是：本发明具有安全易操作的优点，采用在真空环境下，通过控制恒温水箱内水的温度来控制大口径晶体的温度，恒温水箱内水的温度通常控制在10℃-40℃之间,控制方式比较简单，同时真空环境可防止空气的对流换热而导致的大口径晶体温度的变化，可以控制大口径晶体达到所需的温度，本体在保证大口径晶体所需的温度的同时又可以通过大光束激光。

本发明控制精度高，可以控制大尺寸晶体表面温度的面均匀性为0.2℃以内，实现大口径倍频晶体的高精度温度控制，保证大口径倍频晶体的倍频转换效率。操作安全可靠。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是本体的结构示意图，图3是本体的主视图，图4为图3的A-A处剖视图，图5是图3的B-B处剖视图，图6是大口径晶体倍频机构结构示意图，图7是晶体框的结构示意图，图8是第一端盖的结构示意图，图9是第一内箱11-1的水路分布示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述大口径晶体倍频转换装置包括本体1、水流控制阀3、进水管道4、恒温水箱5、回水管道6、真空管7、真空机8、大口径晶体倍频机构9和多个水管接头2，所述本体1包括第一端盖10、第一箱体11、第二箱体12和第二端盖13，第一箱体11的一端与第一端盖10密封连接，第一箱体11的另一端与第二箱体12的一端可拆卸连接，第二箱体12的另一端设置有第二端盖13，大口径晶体倍频机构9设置在第一箱体11和第二箱体12之间，所述第一箱体11包括第一内箱11-1和第一外箱11-2，第一外箱11-2套装在第一内箱11-1外，第一内箱11-1的外表面上加工有第一进水槽11-1-1、第一回水槽11-1-2和多条第一分水槽11-1-3，第一进水槽11-1-1和第一回水槽11-1-2沿着第一内箱11-1的长度方向并列设置，多条第一分水槽11-1-3围绕第一内箱11-1的外侧壁并列设置，每条第一分水槽11-1-3的一端与第一进水槽11-1-1连通，每条第一分水槽11-1-3的另一端与第一回水槽11-1-2连通，所述第一外箱11-2上对应第一进水槽11-1-1处加工有第一进水口11-2-1，第一进水槽11-1-1与第一进水口11-2-1连通，第一外箱11-2上对应第一回水槽11-1-2处加工有第一回水口11-2-2，第一回水槽11-1-2与第一回水口11-2-2连通；

第二箱体12的结构与第一箱体11的结构相同，第二箱体12的外侧壁上分别设置有第二进水口12-2-1和第二回水口12-2-2，第二箱体12的外侧壁上还设置有密封端盖14，密封端盖14的外侧壁上设置有第三进水口14-1和第三回水口14-2，进水管道4分别与第一进水口11-2-1、第二进水口12-2-1和第三进水口14-1连通，回水管道6分别与第一回水口11-2-2、第二回水口12-2-2和第三回水口14-2连通，进水管道4上设置有水流控制阀3和水管接头2，回水管道6上设置有多个水管接头2，进水管道4和回水管道6均与恒温水箱5连通，第一箱体11的外侧壁上设置有真空口11-2-3，真空机8通过真空管7与真空口11-2-3连接。

本发明中，第一分水槽11-1-3为6至8条，第一进水槽11-1-1的形状为一端宽、另一端相对于一端相对窄的条形槽体，第一回水槽11-1-2与第一进水槽11-1-1的形状相同，第一回水槽11-1-2与第一进水槽11-1-1设置在同一平面内且并列设置，第一回水槽11-1-2的宽端与第一进水槽11-1-1窄端设置在同一侧，第一回水槽11-1-2的窄端与第一进水槽11-1-1宽端设置在同一侧，如此设置的第一进水槽11-1-1可更好地为多条第一分水槽11-1-3提供进水，并且方便多条第一分水槽11-1-3中的水回流到第一回水槽11-1-2内，形成良好的水循环通路。第一进水槽11-1-1与第一回水槽11-1-2的两端均密封设置，防止水外溢。

本发明中，第一端盖10与第一箱体11密封连接，第一箱体11与第二箱体12之间密封连接，第二箱体12与右侧端盖13直接固定连接，如此设置，保证本体1内的真空状态。

本发明中，大口径晶体倍频机构9的结构在专利号为CN201310156653.4中已公开，其结构与一种混频晶体四维高精度调整机构的结构相同。

具体实施方式二：结合图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述大口径晶体倍频机构9包括固定框15和晶体框16，晶体框16滑动插装在固定框15内，晶体框16上设有晶体温控流道16-1，晶体温控流道16-1分别与第三进水口14-1和第三回水口14-2连通。晶体框16内固定有大口径晶体，设置晶体温控流道16-1可以更好的控制大口径晶体表面温度的面均匀性。其他组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4、图6和图7说明本实施方式，本实施方式所述晶体温控流道16-1分别与第三进水口14-1和第三回水口14-2通过真空波纹管22连通。如此设置，由于真空波纹管22的密封性好，柔性好，既可以保证本体1内的真空状态，又可以保证大口径晶体倍频机构9的运动机构在运动时保证精度。其他组成与连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图8说明本实施方式，本实施方式所述所述第一端盖10包括连接法兰17、密封圈18、固定法兰19、胶圈20和窗口21，窗口21设置在连接法兰17与固定法兰19中，窗口21与连接法兰17之间通过密封圈18密封，窗口21与固定法兰19之间通过胶圈20密封，第二端盖13的结构与第一端盖10的结构相同。如此设置，为本体1提供一个完全密封的环境，从而保证本体1内的真空状态。其他组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述所述第一端盖10的前端端面上设置有真空航插23。如此设置，可以保证电及温度信号的输入与输出，并且不影响散热效果。其他组成与连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述所述第二箱体12的箱体侧壁上设置有出口12-3，在出口12-3上采用密封圈18和密封端盖14密封。如此设置，出口12-3方便可晶体框16的拆卸，密封圈18和密封端盖14可以保证本体1的密封，保证其真空环境。其他组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式所述晶体框16上设置有温度传感器24。如此设置，可以时刻检测晶体框16内的温度，可以更好的控制大口径晶体表面温度的面均匀性。其他组成与连接关系与具体实施方式二相同。

工作原理

对第一箱体11和第二箱体12主要通过箱体温控流道实现的，箱体温控流道又采取了特殊的生产制造方式和结构形式，能够保证各个分水槽的水量相同，保证本体1的壁温度均匀。本体1采用铝合金材质制作，具有很高的导热性能，经过设定的某一特定温度的恒温循环水流经第一箱体11和第二箱体12内的温控流道，可以把第一箱体11和第二箱体12加热到某一温度，由于恒温循环水在第一箱体11和第二箱体12内部的温控流道内流动，可以保证第一箱体11和第二箱体12的内壁温度恒定在某一设定的温度，从而可以调控箱体内部达到某一设定的温度，并且真空机8通过真空管7对本体1抽真空，为大口径晶体表面温度的控制建立一个相对恒温的真空环境。

晶体框在能够夹持晶体的基础上，以采用循环的恒温水的晶体温控流道16-1加热大口径晶体，通过控制恒温水的温度来控制大口径晶体的温度，实现持续控制，其他的控制方式相比，具有操作安全、结构简单、易于控制等优点，实现了大口径晶体精确温度控制并能保持晶体面温度梯度控制在0.2℃以内。

本装置的温控作用体现在：一方面，对本体1通入恒温循环水，对本体1内壁及本体1内部区域实现温度控制，本体1内部处于真空状态，隔绝了大口径晶体与空气之间通过对流换热的方式损失的热量；另一方面，对夹持大口径晶体的晶体框16通入恒温循环水，晶体框16与大口径晶体夹紧，通过热传导的方式对大口径晶体进行精确的温度控制。

如上所述，经过大量的温度控制实验，发现在通入恒温循环水2小时后，大口径晶体经过热传导等传热方式，大口径晶体均达到温度平衡态，大口径晶体的温度达到某一固定值。

Claims (7)

1.真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述大口径晶体倍频转换装置包括本体(1)、水流控制阀(3)、进水管道(4)、恒温水箱(5)、回水管道(6)、真空管(7)、真空机(8)、大口径晶体倍频机构(9)和多个水管接头(2)，所述本体(1)包括第一端盖(10)、第一箱体(11)、第二箱体(12)和第二端盖(13)，第一箱体(11)的一端与第一端盖(10)密封连接，第一箱体(11)的另一端与第二箱体(12)的一端可拆卸连接，第二箱体(12)的另一端设置有第二端盖(13)，大口径晶体倍频机构(9)设置在第一箱体(11)和第二箱体(12)之间，所述第一箱体(11)包括第一内箱(11-1)和第一外箱(11-2)，第一外箱(11-2)套装在第一内箱(11-1)外，第一内箱(11-1)的外表面上加工有第一进水槽(11-1-1)、第一回水槽(11-1-2)和多条第一分水槽(11-1-3)，第一进水槽(11-1-1)和第一回水槽(11-1-2)沿着第一内箱(11-1)的长度方向并列设置，多条第一分水槽(11-1-3)围绕第一内箱(11-1)的外侧壁并列设置，每条第一分水槽(11-1-3)的一端与第一进水槽(11-1-1)连通，每条第一分水槽(11-1-3)的另一端与第一回水槽(11-1-2)连通，所述第一外箱(11-2)上对应第一进水槽(11-1-1)处加工有第一进水口(11-2-1)，第一进水槽(11-1-1)与第一进水口(11-2-1)连通，第一外箱(11-2)上对应第一回水槽(11-1-2)处加工有第一回水口(11-2-2)，第一回水槽(11-1-2)与第一回水口(11-2-2)连通；

第二箱体(12)的结构与第一箱体(11)的结构相同，第二箱体(12)的外侧壁上分别设置有第二进水口(12-2-1)和第二回水口(12-2-2)，第二箱体(12)的外侧壁上还设置有密封端盖(14)，密封端盖(14)的外侧壁上设置有第三进水口(14-1)和第三回水口(14-2)，进水管道(4)分别与第一进水口(11-2-1)、第二进水口(12-2-1)和第三进水口(14-1)连通，回水管道(6)分别与第一回水口(11-2-2)、第二回水口(12-2-2)和第三回水口(14-2)连通，进水管道(4)上设置有水流控制阀(3)和水管接头(2)，回水管道(6)上设置有多个水管接头(2)，进水管道(4)和回水管道(6)均与恒温水箱(5)连通，第一箱体(11)的外侧壁上设置有真空口(11-2-3)，真空机(8)通过真空管(7)与真空口(11-2-3)连接。

2.根据权利要求1所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述大口径晶体倍频机构(9)包括固定框(15)和晶体框(16)，晶体框(16)滑动插装在固定框(15)内，晶体框(16)上设有晶体温控流道(16-1)，晶体温控流道(16-1)分别与第三进水口(14-1)和第三回水口(14-2)连通。

3.根据权利要求2所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：晶体温控流道(16-1)分别与第三进水口(14-1)和第三回水口(14-2)通过真空波纹管(22)连通。

4.根据权利要求1所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述第一端盖(10)包括连接法兰(17)、密封圈(18)、固定法兰(19)、胶圈(20)和窗口(21)，窗口(21)设置在连接法兰(17)与固定法兰(19)中，窗口(21)与连接法兰(17)之间通过密封圈(18)密封，窗口(21)与固定法兰(19)之间通过胶圈(20)密封，第二端盖(13)的结构与第一端盖(10)的结构相同。

5.根据权利要求1或4所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述第一端盖(10)的前端端面上设置有真空航插(23)。

6.根据权利要求1所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：所述第二箱体(12)的箱体侧壁上设置有出口(12-3)，在出口(12-3)上采用密封圈(18)和密封端盖(14)密封。

7.根据权利要求2所述的真空环境下实现晶体温度调控的大口径晶体倍频转换装置，其特征在于：晶体框(16)上设置有温度传感器(24)。