專利名稱：全風(fēng)冷式恒溫腔體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光諧振腔，特別是一種用于安裝激光諧振腔的全風(fēng)冷式恒溫腔體。
背景技術(shù)：
在目前市場上的端泵式激光器中，根據(jù)散熱的方式主要分為水冷式和風(fēng)冷式兩種，水冷式的系統(tǒng)由于需要經(jīng)常更換冷卻水，能耗大，維護(hù)量大等問題，目前正逐步退出市場。在風(fēng)冷式的端泵激光器中，一般情況下，風(fēng)冷式端泵激光器的裝配和調(diào)試是在環(huán)境溫度為25°C的超凈間中進(jìn)行的，由于散熱系統(tǒng)是采用散熱器和風(fēng)扇自然散熱的方式，因此在調(diào)試的過程中，需要用激光二極管泵浦輸出泵浦光對激光晶體進(jìn)行加熱，并與環(huán)境進(jìn)行熱交換，直至達(dá)到溫度平衡，才能開始激光器的調(diào)試工作，直至激光器完成調(diào)試和裝配。 這種激光器在不同的環(huán)境溫度下，開機后首先需要用激光二極管泵浦輸出的泵浦光對激光頭進(jìn)行預(yù)熱，并與環(huán)境進(jìn)行熱交換，直至達(dá)到溫度平衡，用于安裝晶體、光學(xué)鏡片等部件的架子恢復(fù)到調(diào)試時的安裝的溫度狀態(tài)，激光器才能輸出穩(wěn)定的額定功率的激光。采用這種方式進(jìn)行熱平衡，主要的問題是在于
1、對于環(huán)境要求比較高，這類激光器通常只能在15 25°c的環(huán)境下才能正常工作。如果環(huán)境溫度低于15°C，激光器平衡的時間將大大加長，甚至不能達(dá)到溫度平衡，導(dǎo)致激光器無法輸出額定功率；如果環(huán)境溫度高于25°C，由于激光二極管和Q驅(qū)動晶體一直處于工作狀態(tài)，隨著激光頭上的熱量積累，只利用激光頭的表面與環(huán)境進(jìn)行熱交換，激光頭上的溫度將逐步升高，導(dǎo)致激光頭過熱，將無法輸出額定功率的激光；
2、這類激光器即使在15 25°C條件下，由于采用的是激光二極管對激光晶體進(jìn)行加熱， 激光晶體通過熱傳導(dǎo)將熱量傳遞給激光頭，整個過程的溫度平衡速度很慢，一般情況下預(yù)熱時間可能會超過20分鐘；
3、由于預(yù)熱過程中激光二極管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(yù)熱時間，這將對激光二極管的有效壽命造成一定的折損。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于安裝激光諧振腔的全風(fēng)冷式的恒溫腔體，該恒溫腔體中的激光器，在環(huán)境溫度-5 35°C下都能正常工作，并且預(yù)熱時間<10分鐘，在預(yù)熱時間內(nèi)無需開啟激光二極管和Q驅(qū)動，即可將恒溫腔體內(nèi)的溫度恢復(fù)到調(diào)試時的溫度狀態(tài)，而且可以保證恒溫腔體的實際溫度達(dá)到設(shè)定溫度+/-ο. ore范圍內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種用于安裝激光諧振腔的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特點在于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(gòu)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(shè)有帶風(fēng)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(nèi)設(shè)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(fēng)扇的散熱器相連。所述的鋁合金五面殼體采用整塊鋁用機械加工的方式加工而成，或采用鋁合金鑄造而成。所述的一個以上的熱電致冷器設(shè)置在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要的加熱和制冷的部位，該部位同時設(shè)有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要隨時知曉溫度的部位也設(shè)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(nèi)需要的加熱和制冷的部位的溫度并與設(shè)定的溫度值相比較，再及時控制相應(yīng)的熱電致冷器進(jìn)行適度的加熱或制冷，使所述的鋁合金腔體內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)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(nèi)各個溫度傳感器位置的溫度值。在所述的恒溫腔體內(nèi)部，諧振腔工作的過程中，熱量不斷產(chǎn)生，并且由于各個器件的工作條件不同，各器件產(chǎn)生的熱量也有所不同，這會導(dǎo)致恒溫腔體內(nèi)的熱梯度不同。所述的溫控器根據(jù)各溫度傳感器采集到的溫度，與調(diào)試時設(shè)定的溫度進(jìn)行對比，根據(jù)當(dāng)前實際的溫度調(diào)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，自動分配熱電制冷器的功率，實時調(diào)整熱電致冷器的制冷量，保證恒溫腔體的實際溫度達(dá)到設(shè)定溫度+/-0.0 rc范圍內(nèi)。本發(fā)明的技術(shù)效果
(1)本發(fā)明全風(fēng)冷式的恒溫腔體，恒溫腔體的外圍安裝保溫材料，一方面降低恒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；另一方面有效保證恒溫腔體的溫度控制精度不受外界環(huán)境的影響，進(jìn)一步保證激光器諧振腔的工作穩(wěn)定性。使激光器的溫度工作范圍從一般情況下的15 25°C擴展到更寬的工作范圍，可以達(dá)到-5 35°C，大大降低了對環(huán)境溫度的要求，能夠適應(yīng)各種苛刻工作環(huán)境。(2)本發(fā)明全風(fēng)冷式的恒溫腔體，由于溫度平衡以后，安裝的各光學(xué)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(jìn)行適應(yīng)性冷卻，大大降低了激光器的熱梯度，使激光器輸出功率更穩(wěn)定，激光功率的不穩(wěn)定度<1% ；指向穩(wěn)定也大幅提高。(3)本發(fā)明全風(fēng)冷式的恒溫腔體，采用了主動式的加熱和冷卻方式，無需采用激光器的激光二極管進(jìn)行預(yù)熱和溫度平衡，大大縮短溫度平衡時間，可以快速進(jìn)入工作的狀態(tài)， 無需長時間預(yù)熱。(4)本發(fā)明全風(fēng)冷式的恒溫腔體，無需使用激光二極管對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱和溫度平衡，節(jié)省了激光二極管的工作時間，延長了激光二極管的使用壽命。


圖1是本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體外觀立體圖
圖2是本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體部分結(jié)構(gòu)爆炸示意3是圖1的剖視4是本發(fā)明溫控器的示意圖
4圖5是本發(fā)明一個應(yīng)用實施例的剖視圖
圖中1 一帶風(fēng)扇的散熱器，2 —溫控器散熱片，3 —激光輸出口，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(xué)整形鏡片架；18 —光束整形鏡片，19 一泵浦光聚焦鏡片， 20 一后腔鏡片及鏡架，21 一激光晶體及晶體座，22 一調(diào)Q晶體及晶體座，23 一 1064nm增透、 532nm全反鏡片、24 —倍頻晶體、25 —前腔鏡片、26 —激光輸出窗口。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1、圖2、圖3，圖1是本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體外觀立體圖，圖2是本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體部分結(jié)構(gòu)爆炸示意圖，圖3是圖1的剖視圖，由圖可見，本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體，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(gòu)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(shè)有兩個帶風(fēng)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(nèi)設(shè)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(fēng)扇的散熱器1相連。所述的一個以上的熱電致冷器6設(shè)置在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要的加熱和制冷的部位，該部位同時設(shè)有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要隨時知曉溫度的部位也設(shè)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(nèi)需要的加熱和制冷的部位的溫度并與設(shè)定的溫度值相比較，再及時控制相應(yīng)的熱電致冷器6進(jìn)行適度的加熱或制冷，使所述的鋁合金腔體內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值。當(dāng)恒溫腔體的溫度低于設(shè)定的溫度時，溫度控制器根據(jù)PID調(diào)節(jié)控制熱電致冷器為腔體進(jìn)行加熱；當(dāng)恒溫腔體的溫度高于設(shè)定的溫度時，溫度控制器根據(jù)PID調(diào)節(jié)控制熱電致冷器為恒溫腔體進(jìn)行冷卻，直至恒溫腔體的實際溫度達(dá)到設(shè)定溫度+/-ο. ore范圍內(nèi)。本實施例的鋁合金五面殼體4采用整塊鋁用機械加工的方式加工而成的。圖5是本發(fā)明一個應(yīng)用實施例的剖視圖，將端泵式激光器的諧振腔、光學(xué)整形、聚焦系統(tǒng)等安裝于本發(fā)明全風(fēng)冷式恒溫腔體內(nèi)。該諧振腔和光學(xué)整形系統(tǒng)包括光學(xué)整形鏡片架1用于連接泵浦光纖的輸入；光束整形鏡片18，泵浦光聚焦鏡片19，后腔鏡片及鏡架 20，激光晶體及晶體座21，Q晶體及晶體座22，1064nm增透、532nm全反鏡片23、倍頻晶體 24、前腔鏡片25、激光輸出窗口 26。在全風(fēng)冷式恒溫腔體內(nèi)的激光晶體和Q晶體附近分別各設(shè)有溫度傳感器15和熱電致冷器6。實驗表明，該系統(tǒng)安裝在恒溫腔體內(nèi)部，本發(fā)明恒溫腔體工作后，腔體內(nèi)部的溫度很快達(dá)預(yù)設(shè)的溫度并平衡，在環(huán)境溫度-5 35°C下都能正常工作，并且預(yù)熱時間<10分鐘。 在預(yù)熱時間內(nèi)無需開啟激光二極管和Q驅(qū)動，即可將恒溫腔體內(nèi)的溫度恢復(fù)到調(diào)試時的溫度狀態(tài)，而且可以保證恒溫腔體的實際溫度達(dá)到設(shè)定溫度+/-0. 01 °C范圍內(nèi)。激光器開始工作后，在連續(xù)12小時以上的工作過程中，功率的不穩(wěn)定度始終<1%，指向穩(wěn)定性<20μ rad。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝激光諧振腔的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特征在于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(gòu)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(shè)有帶風(fēng)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(nèi)設(shè)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(fēng)扇的散熱器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特征在于所述的鋁合金五面殼體采用整塊鋁用機械加工的方式加工而成，或采用鋁合金鑄造而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特征在于所述的一個以上的熱電致冷器設(shè)置在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要的加熱和制冷的部位，該部位同時設(shè)有溫度傳感器；在所述的鋁合金腔體內(nèi)需要隨時知曉溫度的部位也設(shè)有溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特征在于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(nèi)需要的加熱和制冷的部位的溫度并與設(shè)定的溫度值相比較，再及時控制相應(yīng)的熱電致冷器進(jìn)行適度的加熱或制冷，使所述的鋁合金腔體內(nèi)的溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的全風(fēng)冷式恒溫腔體，其特征在于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(nèi)各個溫度傳感器位置的溫度值。
全文摘要
一種用于安裝激光器諧振腔的全風(fēng)冷式恒溫腔體，該腔體采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(nèi)部可以安裝用于組成激光諧振腔的各個器件。實驗表明本發(fā)明恒溫腔體中的激光器，在環(huán)境溫度-5~35℃下都能正常工作，并且預(yù)熱時間<10分鐘，在預(yù)熱時間內(nèi)無需開啟激光二極管和Q驅(qū)動，即可將恒溫腔體內(nèi)的溫度恢復(fù)到調(diào)試時的溫度狀態(tài)，而且可以保證恒溫腔體的實際溫度達(dá)到設(shè)定溫度+/-0.01℃范圍內(nèi)。
文檔編號H01S5/022GK102306893SQ20111023525
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者施偉, 沈宏華, 田懷勇, 蔡志武, 金英杰 申請人:上海致凱捷激光科技有限公司