CN202308761U - 全风冷式恒温腔体 - Google Patents

Abstract

一种用于安装激光器谐振腔的全风冷式恒温腔体，该腔体采用了一体化铝合金腔体、多个热电致冷器、多个温度传感器等，在该腔体内部可以安装用于组成激光谐振腔的各个器件。实验表明本实用新型恒温腔体中的激光器，在环境温度-5~35℃下都能正常工作，并且预热时间<10分钟，在预热时间内无需开启激光二极管和Q驱动，即可将恒温腔体内的温度恢复到调试时的温度状态，而且可以保证恒温腔体的实际温度达到设定温度+/-0.01℃范围内。

Description

全风冷式恒温腔体

技术领域

本实用新型涉及激光谐振腔，特别是一种用于安装激光谐振腔的全风冷式恒温腔体。

技术背景

在目前市场上的端泵式激光器中，根据散热的方式主要分为水冷式和风冷式两种，水冷式的***由于需要经常更换冷却水，能耗大，维护量大等问题，目前正逐步退出市场。

在风冷式的端泵激光器中，一般情况下，风冷式端泵激光器的装配和调试是在环境温度为25℃的超净间中进行的，由于散热***是采用散热器和风扇自然散热的方式，因此在调试的过程中，需要用激光二极管泵浦输出泵浦光对激光晶体进行加热，并与环境进行热交换，直至达到温度平衡，才能开始激光器的调试工作，直至激光器完成调试和装配。这种激光器在不同的环境温度下，开机后首先需要用激光二极管泵浦输出的泵浦光对激光头进行预热，并与环境进行热交换，直至达到温度平衡，用于安装晶体、光学镜片等部件的架子恢复到调试时的安装的温度状态，激光器才能输出稳定的额定功率的激光。

采用这种方式进行热平衡，主要的问题是在于：

1、 对于环境要求比较高，这类激光器通常只能在15~25℃的环境下才能正常工作。如果环境温度低于15℃，激光器平衡的时间将大大加长，甚至不能达到温度平衡，导致激光器无法输出额定功率；如果环境温度高于25℃，由于激光二极管和Q驱动晶体一直处于工作状态，随着激光头上的热量积累，只利用激光头的表面与环境进行热交换，激光头上的温度将逐步升高，导致激光头过热，将无法输出额定功率的激光；

2、这类激光器即使在15~25℃条件下，由于采用的是激光二极管对激光晶体进行加热，激光晶体通过热传导将热量传递给激光头，整个过程的温度平衡速度很慢，一般情况下预热时间可能会超过20分钟；

3、由于预热过程中激光二极管一直是有功率输出的，而且每一次开机都需要将近20分钟左右的预热时间，这将对激光二极管的有效寿命造成一定的折损。

发明内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种用于安装激光谐振腔的全风冷式的恒温腔体，该恒温腔体中的激光器，在环境温度-5~35℃下都能正常工作，并且预热时间<10分钟，在预热时间内无需开启激光二极管和Q驱动，即可将恒温腔体内的温度恢复到调试时的温度状态，而且可以保证恒温腔体的实际温度达到设定温度+/-0.01℃范围内。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种用于安装激光谐振腔的全风冷式恒温腔体，其特点在于包括一个铝合金腔体，该铝合金腔体由铝合金底盖和具有长方形凹槽的铝合金五面壳体密封构成，该铝合金腔体外的每一面都包覆有隔热板，在所述的铝合金腔体底部的隔热板外设有带风扇的散热器、温控器和温控器散热片，在所述的铝合金腔体内设有2个以上的温度传感器和一个以上的热电致冷器，所述的温度传感器和热电致冷器与所述的温控器相连，每个所述的热电致冷器与各自的带风扇的散热器相连。

所述的铝合金五面壳体采用整块铝用机械加工的方式加工而成，或采用铝合金铸造而成。

所述的一个以上的热电致冷器设置在所述的铝合金腔体内需要的加热和制冷的部位，该部位同时设有温度传感器；在所述的铝合金腔体内需要随时知晓温度的部位也设有温度传感器。

所述的温控器实时地通过所述的温度传感器检测所述的铝合金腔体内需要的加热和制冷的部位的温度并与设定的温度值相比较，再及时控制相应的热电致冷器进行适度的加热或制冷，使所述的铝合金腔体内的温度达到预设的温度值。

所述的温控器还具有CAN总线与计算机或显示器相连，以随时显示所述的铝合金腔体内各个温度传感器位置的温度值。

在所述的恒温腔体内部，谐振腔工作的过程中，热量不断产生，并且由于各个器件的工作条件不同，各器件产生的热量也有所不同，这会导致恒温腔体内的热梯度不同。所述的温控器根据各温度传感器采集到的温度，与调试时设定的温度进行对比，根据当前实际的温度调整热电致冷器致冷功率。所述的温控器对各个温度传感器和热电致冷器分开控制，自动分配热电制冷器的功率，实时调整热电致冷器的制冷量，保证恒温腔体的实际温度达到设定温度+/-0.01℃范围内。

本实用新型的技术效果：

（1）本实用新型全风冷式的恒温腔体，恒温腔体的***安装保温材料，一方面降低恒温腔体与空气的热交换，有效提高热电致冷器加热或致冷的效率；另一方面有效保证恒温腔体的温度控制精度不受外界环境的影响，进一步保证激光器谐振腔的工作稳定性。使激光器的温度工作范围从一般情况下的15~25℃扩展到更宽的工作范围，可以达到-5~35℃，大大降低了对环境温度的要求，能够适应各种苛刻工作环境。

（2）本实用新型全风冷式的恒温腔体，由于温度平衡以后，安装的各光学器件的座子或者架子，可以通过热电致冷器的自动功率分配，进行适应性冷却，大大降低了激光器的热梯度，使激光器输出功率更稳定，激光功率的不稳定度<1%；指向稳定也大幅提高。

（3）本实用新型全风冷式的恒温腔体，采用了主动式的加热和冷却方式，无需采用激光器的激光二极管进行预热和温度平衡，大大缩短温度平衡时间，可以快速进入工作的状态，无需长时间预热。

（4）本实用新型全风冷式的恒温腔体，无需使用激光二极管对***进行预热和温度平衡，节省了激光二极管的工作时间，延长了激光二极管的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型全风冷式恒温腔体外观立体图

图2是本实用新型全风冷式恒温腔体部分结构***示意图

图3是图1的剖视图

图4是本实用新型温控器的示意图

图5是本实用新型一个应用实施例的剖视图

图中：1－带风扇的散热器，2－温控器散热片, 3－激光输出口，4－一体化的铝合金腔体， 5－隔热板，6－热电致冷器, 7－温控器，8－隔热板，9－隔热板，10－铝合金腔体盖，11－隔热板，12－隔热板，13－隔热板，14－泵浦光输入口，15－第一温度传感器，16－第二温度传感器，17－光学整形镜片架；18－光束整形镜片，19－泵浦光聚焦镜片，20－后腔镜片及镜架，21－激光晶体及晶体座，22－调Q晶体及晶体座，23－1064nm增透、532nm全反镜片、24－倍频晶体、25－前腔镜片、26－激光输出窗口。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

先请参阅图1、图2、图3，图1是本实用新型全风冷式恒温腔体外观立体图，图2是本实用新型全风冷式恒温腔体部分结构***示意图，图3是图1的剖视图，由图可见，本实用新型全风冷式恒温腔体，包括一个铝合金腔体，该铝合金腔体由铝合金底盖10和具有长方形凹槽的铝合金五面壳体4密封构成，该铝合金腔体外的每一面都包覆有隔热板，在所述的铝合金腔体底部的隔热板外设有两个带风扇的散热器1、温控器7和温控器散热片2，在所述的铝合金腔体内设有2个以上的温度传感器15、16和一个以上的热电致冷器6，所述的温度传感器15、16和热电致冷器6与所述的温控器7相连（参见图4），每个所述的热电致冷器6与各自的带风扇的散热器1相连。

所述的一个以上的热电致冷器6设置在所述的铝合金腔体内需要的加热和制冷的部位，该部位同时设有温度传感器；在所述的铝合金腔体内需要随时知晓温度的部位也设有温度传感器。

所述的温控器7实时地通过所述的温度传感器15检测所述的铝合金腔体内需要的加热和制冷的部位的温度并与设定的温度值相比较，再及时控制相应的热电致冷器6进行适度的加热或制冷，使所述的铝合金腔体内的温度达到预设的温度值。

当恒温腔体的温度低于设定的温度时，温度控制器根据PID调节控制热电致冷器为腔体进行加热；当恒温腔体的温度高于设定的温度时，温度控制器根据PID调节控制热电致冷器为恒温腔体进行冷却，直至恒温腔体的实际温度达到设定温度+/-0.01℃范围内。

本实施例的铝合金五面壳体4采用整块铝用机械加工的方式加工而成的。

图5是本实用新型一个应用实施例的剖视图，将端泵式激光器的谐振腔、光学整形、聚焦***等安装于本实用新型全风冷式恒温腔体内。该谐振腔和光学整形***包括：光学整形镜片架1用于连接泵浦光纤的输入；光束整形镜片18，泵浦光聚焦镜片19，后腔镜片及镜架20，激光晶体及晶体座21，Q晶体及晶体座22，1064nm增透、532nm全反镜片23、倍频晶体24、前腔镜片25、激光输出窗口26。在全风冷式恒温腔体内的激光晶体和Q晶体附近分别各设有温度传感器15和热电致冷器6。

实验表明，该***安装在本实用新型全风冷式恒温腔体内，本实用新型恒温腔体工作后，腔体内部的温度很快达预设的温度并平衡，在环境温度-5~35℃下都能正常工作，并且预热时间<10分钟。在预热时间内无需开启激光二极管和Q驱动，即可将恒温腔体内的温度恢复到调试时的温度状态，而且可以保证恒温腔体的实际温度达到设定温度+/-0.01℃范围内。激光器开始工作后，在连续12小时以上的工作过程中，功率的不稳定度始终<1%，指向稳定性<20μrad。

Claims (4)

1.一种用于安装激光谐振腔的全风冷式恒温腔体，其特征在于包括一个铝合金腔体，该铝合金腔体由铝合金底盖和具有长方形凹槽的铝合金五面壳体密封构成，该铝合金腔体外的每一面都包覆有隔热板，在所述的铝合金腔体底部的隔热板外设有带风扇的散热器、温控器和温控器散热片，在所述的铝合金腔体内设有2个以上的温度传感器和一个以上的热电致冷器，所述的温度传感器和热电致冷器与所述的温控器相连，每个所述的热电致冷器与各自的带风扇的散热器相连。

2.根据权利要求1所述的全风冷式恒温腔体，其特征在于所述的铝合金五面壳体采用整块铝用机械加工的方式加工而成，或采用铝合金铸造而成。

3.根据权利要求1所述的全风冷式恒温腔体，其特征在于所述的一个以上的热电致冷器设置在所述的铝合金腔体内需要的加热和制冷的部位，该部位同时设有温度传感器；在所述的铝合金腔体内需要随时知晓温度的部位也设有温度传感器。

4.根据权利要求1或3所述的全风冷式恒温腔体，其特征在于所述的温控器还具有CAN总线与计算机或显示器相连，以随时显示所述的铝合金腔体内各个温度传感器位置的温度值。 

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