RU2592057C1 - Universal radiator of solid-state laser - Google Patents

Universal radiator of solid-state laser Download PDF

Info

Publication number
RU2592057C1
RU2592057C1 RU2015102128/28A RU2015102128A RU2592057C1 RU 2592057 C1 RU2592057 C1 RU 2592057C1 RU 2015102128/28 A RU2015102128/28 A RU 2015102128/28A RU 2015102128 A RU2015102128 A RU 2015102128A RU 2592057 C1 RU2592057 C1 RU 2592057C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
resonator
base
thermoelectric modules
heat exchanger
Prior art date
Application number
RU2015102128/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Борисовна Ярулина
Анатолий Александрович Абышев
Роман Андреевич Бызов
Михаил Леонидович Соколовский
Андрей Владимирович Березин
Георгий Викторович Орехов
Николай Валерьевич Корепанов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.А. ЗАБАБАХИНА"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.А. ЗАБАБАХИНА" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2015102128/28A priority Critical patent/RU2592057C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2592057C1 publication Critical patent/RU2592057C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: laser engineering.
SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. Universal solid-state laser emitter with non-liquid cooling comprises resonator mounted rigidly on base, a pumping device and a heat exchange unit comprising thermoelectric modules and heat exchangers. Pumping device is designed as a pump module, firmly fixed on base, heat exchange unit is equipped with a heating element, loop of heat pipes with a capacitor plate, thermal interface and temperature sensors installed in heat exchanger plates of capacitor. Resonator structure is deformation-resistant, while optical circuit is made on based on an unstable resonator.
EFFECT: technical result consists in increasing stability of structure to external factors.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой, в частности к элементам накачки и системам их охлаждения, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники.The invention relates to diode-pumped solid-state lasers, in particular to pump elements and their cooling systems, and can be used in the manufacture of laser technology.

Известен генератор лазерного излучения, который размещен на основании и содержит теплообменную пластину, выполненную из металла с высокой теплопроводностью, установленный на ней термодатчик, термоинтерфейс, термоэлектрические модули и расположенные под ними тепловые трубы. Генератор снабжен системой охлаждения. Тепловые трубы укладываются под площадью поверхности элементов Пельтье, на плоском основании, выполненном из плоского материала с высокой теплопроводностью. Термоинтерфейс расположен между элементами, участвующими в теплообмене, в данном случае основанием генератора излучения, теплообменной пластиной, элементами Пельтье и основанием тепловых труб. Тепловые трубы соединяют собственное основание с радиатором (патент Япония №2000286483, МПК H01S 3/042, опубл. 2000 г.).A known laser radiation generator, which is located on the base and contains a heat transfer plate made of metal with high thermal conductivity, a thermal sensor mounted on it, a thermal interface, thermoelectric modules and heat pipes located beneath them. The generator is equipped with a cooling system. Heat pipes are laid under the surface area of the Peltier elements on a flat base made of a flat material with high thermal conductivity. The thermal interface is located between the elements involved in heat transfer, in this case the base of the radiation generator, the heat exchange plate, the Peltier elements and the base of the heat pipes. Heat pipes connect their own base with a radiator (Japan patent No. 2000286483, IPC H01S 3/042, publ. 2000).

В этом устройстве система охлаждения исключает возможность перегрева генератора излучения и позволяет генерировать стабильное излучение с высоким качеством в течение длительного периода времени. Кроме того, подключенный к генератору излучения блок управления при помощи термистора позволяет контролировать температуру генератора без учета влияния температуры окружающей среды. Кроме того корпус генератора излучения снабжен ребрами охлаждения с целью эффективного охлаждения. Использование тепловых труб не позволяет воздушной продувке и при этом возникающей в конструкции вибрации, оказывать влияние на стабильность выходных параметров генератора.In this device, the cooling system eliminates the possibility of overheating of the radiation generator and allows you to generate stable radiation with high quality for a long period of time. In addition, the control unit connected to the radiation generator with a thermistor allows you to control the temperature of the generator without taking into account the influence of ambient temperature. In addition, the housing of the radiation generator is equipped with cooling fins for efficient cooling. The use of heat pipes does not allow air purging and the vibration that occurs in the structure to affect the stability of the generator output parameters.

Однако данная система охлаждения работает только на охлаждение и не позволяет работать генератору излучения при отрицательных температурах окружающей среды.However, this cooling system works only for cooling and does not allow the radiation generator to operate at negative ambient temperatures.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является твердотельный лазер с контролем температуры, содержащий резонатор, установленный жестко на основание, устройство накачки и теплообменный блок, содержащий термоэлектрические модули и теплообменники (патент Япония №2000091673, МПК H01S 3/042, 3/109, опубл. 2000 г.).The closest analogue of the claimed invention, selected as a prototype, is a temperature-controlled solid-state laser containing a resonator mounted rigidly on the base, a pump device, and a heat exchange unit containing thermoelectric modules and heat exchangers (Japan Patent No. 2000091673, IPC H01S 3/042, 3 / 109, publ. 2000).

Основание оптического резонатора лазера располагается на медном теплоотводе и алюминиевом радиаторе. Поверхности одного термоэлектрического модуля контактируют с основанием лазера и медным теплоотводом другого модуля с противоположной стороной теплоотвода и алюминиевым радиатором. В качестве материала основания резонатора используется инвар.The base of the laser optical resonator is located on a copper heat sink and an aluminum radiator. The surfaces of one thermoelectric module are in contact with the base of the laser and a copper heat sink of the other module with the opposite side of the heat sink and an aluminum radiator. Invar is used as the base material of the resonator.

Накачка активного элемента - торцевая с системой фокусировки, осуществляется полупроводниковым инфракрасным лазером. Для стабилизации выходных параметров лазера, в частности, в качестве средства поддержания постоянного относительного взаимного расположения оптических компонентов, использованы термоэлектрические модули, основанные на эффекте Пельтье.The active element is pumped by a face with a focusing system, carried out by a semiconductor infrared laser. To stabilize the laser output parameters, in particular, as a means of maintaining a constant relative relative position of the optical components, thermoelectric modules based on the Peltier effect are used.

Данный лазер обладает стабильными долговременными параметрами и минимизированным временем выхода на рабочий режим. Контроль температуры лазерного резонатора осуществляется термоэлектрическими модулями, основанными на эффекте Пельтье.This laser has stable long-term parameters and minimized time to reach the operating mode. The temperature of the laser cavity is controlled by thermoelectric modules based on the Peltier effect.

В целом система управления температурой лазера позволяет предотвратить возникающие в основании в процессе работы лазера и под влиянием окружающей среды температурные расширения, деформационные напряжения. Данная система терморегулирования позволяет считать постоянным во времени соотношение относительных положений оптических компонентов оптического резонатора, что позволяет стабилизировать выходные параметры лазера.In general, the laser temperature control system allows to prevent thermal expansion and deformation stresses arising in the base during the operation of the laser and under the influence of the environment. This thermal control system allows us to consider the ratio of the relative positions of the optical components of the optical resonator constant over time, which makes it possible to stabilize the laser output parameters.

Однако работа данного лазера достаточно эффективна только в диапазоне температур окружающей среды от плюс 15 до 70°C в течение 2 часов непрерывной работы, но не допускает эксплуатацию лазера в условиях воздействия широкого диапазона температур, в том числе и минусовых. А использование медного теплоотвода и алюминиевого радиатора не позволяет минимизировать массогабаритные характеристики.However, the operation of this laser is quite effective only in the range of ambient temperatures from plus 15 to 70 ° C for 2 hours of continuous operation, but does not allow the operation of the laser under conditions of a wide range of temperatures, including minus ones. And the use of a copper heat sink and an aluminum radiator does not allow minimizing the overall dimensions.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - создание универсальной конструкции излучателя, обладающего малым временем выхода лазера на рабочий температурный режим, минимальными массогабаритными характеристиками и стабильно работающего при повышенных эксплуатационных нагрузках (при механических и термических напряжениях, при ударных и вибрационных нагрузках, при воздействии предельных температур окружающей среды).The problem to which the invention is directed is the creation of a universal emitter design having a short time for the laser to reach the operating temperature regime, minimal weight and size characteristics and working stably under increased operational loads (under mechanical and thermal stresses, under shock and vibration loads, when exposed to extreme ambient temperatures).

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - повышение устойчивости конструкции излучателя к внешним воздействующим факторам.The technical result obtained by using the proposed technical solution is to increase the stability of the emitter design to external factors.

Указанный технический результат достигается тем, что в универсальном излучателе твердотельного лазера, содержащем резонатор, установленный жестко на основание, устройство накачки и теплообменный блок, содержащий термоэлектрические модули и теплообменники, согласно изобретению, устройство накачки выполнено в виде квантрона, жестко закрепленного на основании, теплообменный блок снабжен нагревательным элементом, установленным в теплообменнике, закрепленном на держателе элемента накачки квантрона, контурной тепловой трубой с пластиной конденсатора, термоинтерфейсом и термодатчиками, установленными в теплообменниках и пластине конденсатора, термоэлектрические модули размещены между параллельной им пластиной конденсатора и теплообменником, закрепленным жестко на теплоотводящей поверхности, термоинтерфейс выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и расположен между пластиной конденсатора и термоэлектрическими модулями, между теплообменником и термоэлектрическими модулями, а также между теплообменником и держателем элемента накачки, конструкция резонатора выполнена деформационно-устойчивой, квантрон теплоизолирован от основания и не имеет контактов с резонатором, резонатор и квантрон позиционируются при помощи штифтов на основании, жестко закрепленном на посадочной поверхности, при этом оптическая схема выполнена на базе неустойчивого резонатора, а контурная тепловая труба содержит демпфирующие элементы.The specified technical result is achieved by the fact that in the universal emitter of a solid-state laser containing a resonator mounted rigidly on the base, a pump device and a heat exchange unit containing thermoelectric modules and heat exchangers, according to the invention, the pump device is made in the form of a quantron rigidly mounted on the base, a heat exchange unit equipped with a heating element installed in the heat exchanger mounted on the holder of the quantron pumping element, a contour heat pipe from the plates of the condenser, with the thermal interface and thermal sensors installed in the heat exchangers and the condenser plate, the thermoelectric modules are placed between the parallel condenser plate and the heat exchanger fixed rigidly on the heat sink surface, the thermal interface is made of material with a high coefficient of thermal conductivity and is located between the condenser plate and thermoelectric modules, between the heat exchanger and thermoelectric modules, as well as between the heat exchanger and the holder of the pump element, The resonator structure is made strain-resistant, the quantron is thermally insulated from the base and has no contact with the resonator, the resonator and the quantron are positioned with pins on the base rigidly mounted on the landing surface, while the optical circuit is made on the basis of an unstable resonator, and the contour heat pipe contains damping elements.

Благодаря наличию новых признаков совместно с известными, общими с прототипом, достигается следующий технический результат. При работе за счет переноса тепла на теплоотводящую поверхность с помощью контурной тепловой трубы, конструкция которой содержит демпфирующие элементы, устройства термостабилизации элементов накачки, контроля температуры теплообменников, выполнения конструкции резонатора деформационно-устойчивой, разделения конструкций квантрона и резонатора, жесткого крепления основных узлов конструкции, теплоизоляции квантрона от основания, позиционирования квантрона и резонатора при помощи штифтов, реализации оптической схемы на базе неустойчивого резонатора, применения термоинтерфейса между деталями, участвующими в теплообмене, - обеспечивается безжидкостное охлаждение, стабильность выходных характеристик излучателя. Таким образом, повышается устойчивость конструкции излучателя к внешним воздействующим факторам.Due to the presence of new features, together with the well-known, common with the prototype, the following technical result is achieved. When working due to heat transfer to the heat sink surface using a contour heat pipe, the design of which contains damping elements, devices for thermostabilization of pump elements, temperature control of heat exchangers, design of the cavity deformation-resistant, separation of the structures of the quantron and resonator, rigid fastening of the main components of the structure, thermal insulation the quantron from the base, positioning the quantron and the resonator with the help of pins, the implementation of an optical scheme based on a decay active resonator, the use of the thermal interface between the parts involved in heat transfer - provides liquid-free cooling, stability of the output characteristics of the emitter. Thus, the stability of the design of the emitter to external factors is increased.

За счет этого стало возможным создать универсальную конструкцию излучателя, обладающего малым временем выхода лазера на рабочий температурный режим, минимальными массогабаритными характеристиками и стабильно работающего при повышенных эксплуатационных нагрузках (при механических и термических напряжениях, при ударных и вибрационных нагрузках, воздействии предельных температур окружающей среды).Due to this, it became possible to create a universal design of the emitter with a short time for the laser to reach the operating temperature regime, minimal weight and size characteristics and stably working at high operational loads (at mechanical and thermal stresses, at shock and vibration loads, exposure to extreme ambient temperatures).

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.When conducting analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, no analogues were found that are characterized by features that are identical to all the essential features of this invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features from the prototype set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».To verify the conformity of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. As a result of the search, no technical solutions with these characteristics were identified. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг. 1 представлен общий вид излучателя.In FIG. 1 shows a general view of the emitter.

На фиг. 2 - общий вид теплообменного блока.In FIG. 2 is a general view of a heat exchange unit.

На фиг. 3 - оптическая схема.In FIG. 3 is an optical diagram.

На фиг. 4 - разрез А-А.In FIG. 4 - section aa.

Универсальный излучатель твердотельного лазера содержит резонатор 1 (Фиг. 1, 2), установленный жестко на основание 2, устройство накачки и теплообменный блок. Устройство накачки выполнено в виде квантрона 3, который жестко закреплен на основании 2. Теплообменный блок содержит теплообменники 4, 5, термоэлектрические модули 6, нагревательный элемент 7, контурную тепловую трубу 8 с пластиной 9 конденсатора 10, термоинтерфейс 11, термодатчики 12. Нагревательный элемент 7 установлен в одном из теплообменников 4, закрепленном на держателе 13 элемента накачки квантрона 3. Другой теплообменник 5 жестко закреплен на теплоотводящей поверхности 14.A universal solid-state laser emitter contains a resonator 1 (Fig. 1, 2) mounted rigidly on the base 2, a pump device, and a heat exchange unit. The pumping device is made in the form of a quantron 3, which is rigidly fixed to the base 2. The heat exchange unit contains heat exchangers 4, 5, thermoelectric modules 6, a heating element 7, a contour heat pipe 8 with a plate 9 of a condenser 10, a thermal interface 11, thermal sensors 12. A heating element 7 installed in one of the heat exchangers 4, mounted on the holder 13 of the pump element of the quantron 3. Another heat exchanger 5 is rigidly mounted on the heat sink surface 14.

Термодатчики 12 установлены в каждом теплообменнике 4, 5 и на пластине 9 конденсатора 10. Термоэлектрические модули 6 соединены между собой и размещены между параллельной им пластиной 9 конденсатора 10 и теплообменником 5, закрепленным на теплоотводящей поверхности 14. Термоинтерфейс 11 выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и расположен между элементами, участвующими в теплообмене: между пластиной 9 конденсатора 10 и термоэлектрическими модулями 6, между теплообменником 5 и термоэлектрическими модулями 6, а также между теплообменником 4 и держателем 13 элемента накачки.Thermal sensors 12 are installed in each heat exchanger 4, 5 and on the plate 9 of the condenser 10. Thermoelectric modules 6 are interconnected and placed between the parallel plate 9 of the condenser 10 and the heat exchanger 5 mounted on the heat-removing surface 14. The thermal interface 11 is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity and is located between the elements involved in heat transfer: between the plate 9 of the capacitor 10 and thermoelectric modules 6, between the heat exchanger 5 and thermoelectric modules 6, and also between the heat exchanger 4 and the holder 13 of the pump element.

Конструкция резонатора 1 выполнена деформационно-устойчивой. На фланцах резонатора закреплены зеркала 15, 16, при этом образованный этими зеркалами оптический резонатор выполнен на базе неустойчивого резонатора (фиг. 3).The design of the resonator 1 is made strain-resistant. Mirrors 15, 16 are fixed on the resonator flanges, while the optical resonator formed by these mirrors is made on the basis of an unstable resonator (Fig. 3).

Квантрон 3 устанавливается на основание 2 на подставку 17, через подложку 18, при этом его позиционирование относительно резонатора обеспечивается с помощью штифтов (фиг. 1, 4). Подставка 17 квантрона с подложкой 18 крепится к основанию 2 через изолятор 19. Таким образом, квантрон 3 теплоизолирован от основания 2 и при этом не имеет контактов с резонатором 1.The quantron 3 is mounted on the base 2 on the stand 17, through the substrate 18, while its positioning relative to the resonator is provided with the help of pins (Fig. 1, 4). The stand 17 of the quantron with the substrate 18 is attached to the base 2 through the insulator 19. Thus, the quantron 3 is insulated from the base 2 and thus has no contact with the resonator 1.

К корпусу квантрона 3 с одной стороны крепится жестко и диаметрально соосно оправа 20 (фиг. 1, 3), которая содержит линзу 21 и диафрагму 22, установленные диаметрально соосно и перпендикулярно оси активного элемента (АЭ) 23. С другой стороны к корпусу квантрона крепится жестко кронштейн 24 поляризатора 25.On the one hand, the quantron casing 3 is mounted rigidly and diametrically coaxially on the frame 20 (Fig. 1, 3), which contains a lens 21 and aperture 22 mounted diametrically coaxial and perpendicular to the axis of the active element (AE) 23. On the other hand, is attached to the quantron casing rigidly bracket 24 of the polarizer 25.

Блок электрооптического затвора 26 позиционируется на основании 2. В блоке предусмотрена дополнительная юстировка нелинейного кристалла 27 (КТР, RTP, DKDP с подогревом и т.п.) по углу относительно основания.The block of the electro-optical shutter 26 is positioned on the base 2. The block provides for additional alignment of the non-linear crystal 27 (KTP, RTP, DKDP with heating, etc.) in the angle relative to the base.

Термоэлектрические модули 6 и нагревательный элемент 7 используются в качестве элементов термостабилизации. Термоэлектрические модули установлены: поглощающей тепло поверхностью к пластине 9 конденсатора 10 и отдающей тепло поверхностью к теплообменнику 5. Конденсатор 10 тепловой трубы 8 размещается под площадью поверхности термоэлектрических модулей на пластине 9, крепление обеспечивается методом пайки. Тепловая труба 8 снабжена демпфирующими элементами, выполненными в виде амортизационных колец 28.Thermoelectric modules 6 and the heating element 7 are used as elements of thermal stabilization. Thermoelectric modules are installed: the surface absorbing heat to the plate 9 of the condenser 10 and the surface that transfers heat to the heat exchanger 5. The condenser 10 of the heat pipe 8 is placed under the surface area of the thermoelectric modules on the plate 9, the fastening is provided by soldering. The heat pipe 8 is equipped with damping elements made in the form of cushioning rings 28.

Пластина 9 конденсатора 10 крепится к теплообменнику 5 жестко через проставки 29 и шайбы 30 (Фиг. 2, 4). Подложка 18, изоляторы 19, проставки 29 и шайбы 30 выполнены из неметалла с наименьшей теплопроводностью (например, полистирола, текстолита, гетинакса и т.д.). В качестве материала для теплообменников 4, 5 и пластины конденсатора выбран материал с высокой теплопроводностью (например, медь, алюминий и т.п.). В качестве элементов накачки могут использоваться либо матрицы лазерных диодов (МЛД), либо линейки лазерных диодов (ЛЛД).The plate 9 of the condenser 10 is attached to the heat exchanger 5 rigidly through spacers 29 and washers 30 (Fig. 2, 4). The substrate 18, insulators 19, spacers 29 and washers 30 are made of non-metal with the lowest thermal conductivity (for example, polystyrene, textolite, getinaksa, etc.). As a material for heat exchangers 4, 5 and a condenser plate, a material with high thermal conductivity (for example, copper, aluminum, etc.) is selected. As pump elements, either laser diode arrays (MLDs) or laser diode arrays (LLDs) can be used.

Устройство работает следующим образом. На МЛД подается ток накачки с заданной амплитудой, и элементы накачки начинают генерировать излучение, поглощаемое АЭ 23. Таким образом, возбуждается активная среда, заполняющая оптический резонатор, и возникает генерация излучения между выходным 15 и глухим 16 зеркалами. Направление излучения показано на фиг. 1. Линза 21 компенсирует асферичность волнового фронта, вызванного термооптическим искажением в АЭ. Поляризатор 25 в совокупности с нелинейным кристаллом 27 образуют электрооптический затвор для активной модуляции добротности оптического резонатора (Фиг. 3).The device operates as follows. A pump current with a given amplitude is supplied to the MLD, and the pump elements begin to generate radiation absorbed by AE 23. Thus, an active medium is filled that fills the optical resonator, and radiation is generated between output 15 and blind 16 mirrors. The direction of radiation is shown in FIG. 1. Lens 21 compensates for the asphericity of the wavefront caused by thermo-optical distortion in the AE. The polarizer 25 in conjunction with the nonlinear crystal 27 form an electro-optical shutter for active modulation of the quality factor of the optical resonator (Fig. 3).

Для обеспечения режимов работы излучателя в заданных условиях эксплуатации возникает необходимость термостабилизации элементов накачки, при этом обеспечение выхода на температурный рабочий режим МЛД происходит следующим образом. Нагревательный элемент 7 повышает температуру теплообменника 4 от исходной до температуры выхода МЛД на рабочий режим. Термоэлектрические модули 6 обеспечивают охлаждение МЛД от исходной повышенной температуры, образованной внешними климатическими условиями эксплуатации, а также в процессе работы элементов накачки, до рабочей, через контурную тепловую трубу 8. Теплообмен между пластиной конденсатора тепловой трубы 8 и теплообменником 4 происходит за счет градиента температур. Термоинтерфейс 11 обеспечивает высокую теплопроводность между элементами конструкции, участвующими в теплообмене. Таким образом, снижается температура МЛД до рабочей и происходит термостабилизация элементов накачки. Термостабилизация элементов накачки осуществляется посредством управления режимами работы нагревателей, термоэлектрических модулей, а также режимами работы КТТ при помощи термодатчиков 12, контролирующих температуру пластины 9 конденсатора 10 и теплообменников 4,5.To ensure the operating modes of the emitter under specified operating conditions, the need arises for thermal stabilization of the pump elements, while ensuring that the MLD reaches the temperature operating mode as follows. The heating element 7 increases the temperature of the heat exchanger 4 from the initial temperature to the temperature at which the MLD reaches the operating mode. Thermoelectric modules 6 provide cooling of the MLD from the initial elevated temperature formed by the external climatic conditions of operation, as well as during the operation of the pump elements, to the working one, through the contour heat pipe 8. Heat exchange between the condenser plate of the heat pipe 8 and heat exchanger 4 occurs due to the temperature gradient. Thermal interface 11 provides high thermal conductivity between structural elements involved in heat transfer. Thus, the MLD temperature decreases to the working one and the thermal stabilization of the pump elements occurs. Thermal stabilization of the pump elements is carried out by controlling the operating modes of heaters, thermoelectric modules, as well as the operating modes of the CTT using thermal sensors 12 that control the temperature of the plate 9 of the condenser 10 and heat exchangers 4,5.

Подложка 18, изолятор 19 (фиг. 4) обеспечивают теплоизоляцию квантрона 3 с подставкой 17 от основания 2, жестко закрепленного на посадочной поверхности 31, а проставки 29 и шайбы 30 (фиг. 2) обеспечивают изоляцию пластины 9 конденсатора 10 относительно теплообменника 5. Отсутствие контактов между корпусом резонатора 1 и конструкцией квантрона 3, содержащего корпус, элементы накачки, а также элементы термостабилизации, обеспечивает их теплоизоляцию относительно друг друга. Амортизационные кольца 28 обеспечивают механическую разгрузку соединений на контурной тепловой трубе 8 и удобство монтажа. Таким образом, обеспечивается термостабилизация элементов накачки, минимальные массогабаритные характеристики, повышение устойчивости излучателя к вибрационным, ударным и различного рода тепловым воздействиям, сокращается время выхода лазера на рабочий температурный режим.The substrate 18, the insulator 19 (Fig. 4) provide thermal insulation of the quantron 3 with the stand 17 from the base 2, rigidly mounted on the seating surface 31, and the spacers 29 and the washer 30 (Fig. 2) provide insulation of the plate 9 of the condenser 10 relative to the heat exchanger 5. Lack contacts between the housing of the resonator 1 and the design of the quantron 3 containing the housing, the pump elements, as well as elements of thermal stabilization, provides their thermal insulation relative to each other. Shock-absorbing rings 28 provide mechanical unloading of joints on the contour heat pipe 8 and ease of installation. Thus, thermal stabilization of the pump elements, minimum weight and size characteristics, increased stability of the emitter to vibration, shock and various kinds of thermal influences are ensured, and the time required for the laser to reach the operating temperature mode is reduced.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:Thus, the data presented indicate that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в электронной и оптико-механической промышленности при изготовлении лазерных устройств с повышенной мощностью;- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in the electronic and optical-mechanical industry in the manufacture of laser devices with high power;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.- for the claimed device in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation is confirmed.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (1)

Универсальный излучатель твердотельного лазера содержит резонатор, установленный жестко на основание, устройство накачки и теплообменный блок, содержащий термоэлектрические модули и теплообменники, отличающийся тем, что устройство накачки выполнено в виде квантрона, жестко закрепленного на основании, теплообменный блок снабжен нагревательным элементом, установленным в теплообменнике, закрепленном на держателе элемента накачки квантрона, контурной тепловой трубой с пластиной конденсатора, термоинтерфейсом и термодатчиками, установленными в теплообменниках и пластине конденсатора, термоэлектрические модули размещены между параллельной им пластиной конденсатора и теплообменником, закрепленным жестко на теплоотводящей поверхности, термоинтерфейс выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности и расположен между пластиной конденсатора и термоэлектрическими модулями, между теплообменником и термоэлектрическими модулями, а также между теплообменником и держателем элемента накачки, конструкция резонатора выполнена деформационно-устойчивой, квантрон теплоизолирован от основания и не имеет контактов с резонатором, резонатор и квантрон позиционируются при помощи штифтов на основании, жестко закрепленном на посадочной поверхности, при этом оптическая схема выполнена на базе неустойчивого резонатора, а контурная тепловая труба содержит демпфирующие элементы. A universal solid-state laser emitter contains a resonator mounted rigidly on the base, a pump device and a heat exchange unit containing thermoelectric modules and heat exchangers, characterized in that the pump device is made in the form of a quantron rigidly mounted on the base, the heat exchange unit is equipped with a heating element installed in the heat exchanger, mounted on the holder of the quantron pumping element, a contour heat pipe with a capacitor plate, a thermal interface and temperature sensors, is set embedded in the heat exchangers and the condenser plate, thermoelectric modules are placed between the parallel capacitor plate and the heat exchanger fixed rigidly on the heat sink surface, the thermal interface is made of a material with a high coefficient of thermal conductivity and is located between the condenser plate and thermoelectric modules, between the heat exchanger and thermoelectric modules, and also between the heat exchanger and the holder of the pump element, the design of the resonator is made of strain-resistant, square the anthron is thermally insulated from the base and has no contact with the resonator, the resonator and the quantron are positioned with pins on the base, which is rigidly fixed on the landing surface, while the optical circuit is made on the basis of an unstable resonator, and the contour heat pipe contains damping elements.
RU2015102128/28A 2015-01-23 2015-01-23 Universal radiator of solid-state laser RU2592057C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102128/28A RU2592057C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Universal radiator of solid-state laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015102128/28A RU2592057C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Universal radiator of solid-state laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2592057C1 true RU2592057C1 (en) 2016-07-20

Family

ID=56412838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015102128/28A RU2592057C1 (en) 2015-01-23 2015-01-23 Universal radiator of solid-state laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2592057C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU218788U1 (en) * 2023-04-17 2023-06-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" SOLID-STATE LASER EMITTER

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197076A (en) * 1991-11-15 1993-03-23 Davis James G Temperature stabilizable laser apparatus
JP2000091673A (en) * 1998-07-13 2000-03-31 Hitachi Metals Ltd Solid-state laser and its control method
RU2367072C1 (en) * 2008-04-02 2009-09-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser
WO2013159040A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Packet Photonics, Inc. Heat removal system for devices and subassemblies

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5197076A (en) * 1991-11-15 1993-03-23 Davis James G Temperature stabilizable laser apparatus
JP2000091673A (en) * 1998-07-13 2000-03-31 Hitachi Metals Ltd Solid-state laser and its control method
RU2367072C1 (en) * 2008-04-02 2009-09-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser
WO2013159040A1 (en) * 2012-04-19 2013-10-24 Packet Photonics, Inc. Heat removal system for devices and subassemblies

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU218788U1 (en) * 2023-04-17 2023-06-13 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" SOLID-STATE LASER EMITTER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6307871B1 (en) Laser system using phase change material for thermal control
US8707714B2 (en) Component temperature control
JP2002280659A (en) Light source constituted of laser diode module
US7643230B2 (en) Optical mount for laser rod
CN101505029B (en) Laser and heat radiation device
CN201270374Y (en) Infrared solid laser for semi-conductor optical fiber coupling pump
CN105523198A (en) Space heat pipe radiator based on loop heat pipe
US6301277B1 (en) Solid state laser master oscillator gain module
RU2592057C1 (en) Universal radiator of solid-state laser
JP2001165525A (en) Thermoelectric heating/cooling device
JP2004347137A (en) Peltier element fixing method and its cooling device, as well as laser oscillator
CN201174497Y (en) Laser and heat radiating device
RU218788U1 (en) SOLID-STATE LASER EMITTER
JPH09186379A (en) Heat exchanger for cooling laser and laser device
JP2009181083A (en) Module of periodic polarization inverse element
EP1227702B1 (en) Optical device module having heat transfer medium via phase transformation
RU2579188C1 (en) Laser head of solid-state laser with diode pumping thermal stabilisation
JP2006351601A (en) Fitting method of optical component in solid-state laser apparatus
RU2614084C1 (en) Solid-state laser with diode pumping thermal stabilization and quality factor electrooptic modulation and its control device
JP2001053342A (en) Thermoelectric heater and cooler
AU2006289656B2 (en) Optical mount for laser rod
CN220421099U (en) Automatic constant temperature equipment of solid laser
JP2018181973A (en) Electronics device
JPS5857679B2 (en) electronic heat exchange unit
Ebadian et al. A compact diode pumped solid state laser transmitter and thermal management