本發(fā)明屬于激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種熱容冷卻液體激光器。

背景技術(shù)：

同固體激光器相比，液體激光器運行過程中，增益介質(zhì)幾乎沒有熱應(yīng)力，不會因熱應(yīng)力引起的增益介質(zhì)折射率變化造成光束質(zhì)量退化，比固體激光器更容易在高功率下保持良好的光束質(zhì)量。

然而，在液體激光器輸出功率大幅度提升的同時，增益物質(zhì)和泵浦源產(chǎn)生的熱量也大幅增加。對于激光器設(shè)計來說，泵浦源可以采用分散方式排列，降低熱密度，而增益物質(zhì)可以流出泵浦區(qū)域，流出泵浦區(qū)域后，仍需要對已經(jīng)產(chǎn)生熱量的液體增益物質(zhì)進行冷卻。目前對液體增益物質(zhì)冷卻的方式主要有風(fēng)冷和水冷。風(fēng)冷通過空氣對流直接散熱，裝置結(jié)構(gòu)較小，但是由于空氣導(dǎo)熱能力小，其散熱功率也較小，多用于小功率激光器的散熱；水冷換熱能力強，可供大功率激光器工作，但是水冷卻裝置體積龐大，移動較為不便，某些不適宜放置水冷機的場合難于應(yīng)用水冷散熱方式。因此，兩種冷卻方式都具有一定程度的局限性。

相變蓄熱技術(shù)通過蓄熱材料發(fā)生相變時吸收或放出熱量來實現(xiàn)熱量的儲存與釋放，相變過程中接近恒溫，利用相變過程可一定程度將熱負(fù)載溫度變化控制在較小的范圍內(nèi)。目前，相變儲能技術(shù)多用于太陽能熱水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和建筑節(jié)能等領(lǐng)域，主要功能在與給溫控對象實現(xiàn)熱緩沖的作用。近年來，隨著光纖激光器的發(fā)展，研究者根據(jù)光纖激光器的散熱特點，將相變儲熱技術(shù)應(yīng)用于對光纖激光器短時間運轉(zhuǎn)的溫度控制，但光纖激光器產(chǎn)生的熱量從發(fā)熱源到相變材料是逐次傳導(dǎo)的過程，激光器工作物質(zhì)持續(xù)保持發(fā)熱，液體激光器的液體工作物質(zhì)在液體循環(huán)的作用下，將生熱的液體循環(huán)至相變材料部位冷卻，實現(xiàn)了生熱部位和冷卻部位的空間分離，液體激光器的該種運行方式尚未見報導(dǎo)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：相比于現(xiàn)有技術(shù)，提供了一種熱容冷卻液體激光器，實現(xiàn)液體激光器在短時間內(nèi)工作溫度保持基本不變，維持液體激光器正常工作。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種熱容冷卻液體激光器，包括：泵浦源、第一諧振腔鏡、第二諧振腔鏡、液體增益管、相變材料層、冷卻流道、液泵、第一流道管和第二流道管；其中，所述泵浦源發(fā)出的泵浦光能夠照射至液體增益管；所述第一諧振腔鏡設(shè)置于所述液體增益管的一側(cè)，所述第二諧振腔鏡設(shè)置于所述液體增益管的另一側(cè)；所述液體增益管的一端與所述第一流道管的一端相連通，所述液體增益管的另一端與所述第二流道管的一端相連通；所述第一流道管的另一端與所述冷卻流道的一端相連通，所述第二流道管的另一端與所述冷卻流道的另一端相連通；所述液泵設(shè)置于所述第一流道管或所述第二流道管的內(nèi)部；所述相變材料層設(shè)置于所述冷卻流道的外部，所述相變材料層用于吸收熱量；所述液體增益管、所述冷卻流道、所述第一流道管和所述第二流道管內(nèi)裝有液體增益物質(zhì)。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：氣囊；其中，所述氣囊設(shè)置于所述液體增益管、所述冷卻流道、所述第一流道管或所述第二流道管的內(nèi)部。

上述熱容冷卻液體激光器中，所述冷卻流道的數(shù)量為若干個，其中，若干個冷卻流道并行排列。

上述熱容冷卻液體激光器中，所述泵浦源為側(cè)面泵浦源，所述泵浦源的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源沿所述液體增益管的長度方向均勻分布。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：若干個傳導(dǎo)光纖，每個泵浦源與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖相連接，每個泵浦源產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖傳導(dǎo)至液體增益管。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：聚焦透鏡；其中，所述泵浦源為端面泵浦源，所述泵浦源的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源設(shè)置于所述第一諧振腔鏡的一側(cè)；所述聚焦透鏡設(shè)置于所述第一諧振腔鏡與所述泵浦源之間。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：若干個傳導(dǎo)光纖，每個泵浦源與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖相連接，每個泵浦源產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖傳導(dǎo)至所述聚焦透鏡。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種熱容冷卻液體激光器，包括：泵浦源、液體增益管、相變材料層、冷卻流道、液泵、第一流道管和第二流道管；其中，所述泵浦源發(fā)出的泵浦光能夠照射至液體增益管；所述液體增益管的左右兩個內(nèi)端面鍍設(shè)有反射膜，所述液體增益管的縱向截面的形狀為高斯光束縱向分布形狀；所述液體增益管的一端與所述第一流道管的一端相連通，所述液體增益管的另一端與所述第二流道管的一端相連通；所述第一流道管的另一端與所述冷卻流道的一端相連通，所述第二流道管的另一端與所述冷卻流道的另一端相連通；所述液泵設(shè)置于所述第一流道管或所述第二流道管的內(nèi)部；所述相變材料層設(shè)置于所述冷卻流道的外部，所述相變材料層用于吸收熱量；所述冷卻流道、所述第一流道管和所述第二流道管內(nèi)裝有液體增益物質(zhì)。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：氣囊；其中，所述氣囊設(shè)置于所述液體增益管、所述冷卻流道、所述第一流道管和所述第二流道管的內(nèi)部。

上述熱容冷卻液體激光器中，所述泵浦源為側(cè)面泵浦源，所述泵浦源的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源沿所述液體增益管的長度方向均勻分布。

上述熱容冷卻液體激光器中，還包括：若干個傳導(dǎo)光纖，每個泵浦源與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖相連接，每個泵浦源產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖傳導(dǎo)至液體增益管。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：

(1)液體激光器相對固體激光器，其增益物質(zhì)屬于流體，可以流動，因此增益物質(zhì)在工程過程中，不需要像固體激光器那樣傳導(dǎo)冷卻，只要將生熱的增益物質(zhì)流出，溫度較低的增益物質(zhì)流入工作區(qū)即可。本發(fā)明提出一種采用相變材料對液體增益物質(zhì)冷卻的方法，當(dāng)液體增益物質(zhì)流入帶有相變材料的冷卻流道中后，與相變材料熱交換，散出液體增益物質(zhì)的熱量。該發(fā)明相對于傳統(tǒng)的水冷機對液體冷卻的方法，增大了激光器的熱容量，減小散熱設(shè)施的體積和重量，為某些需要易于移動和不適宜放置水冷機的場合提供良好技術(shù)途徑；

(2)本發(fā)明支持了高功率液體激光器在強激光運轉(zhuǎn)與弱換熱能力的緩沖間歇運轉(zhuǎn)模式，當(dāng)激光器與環(huán)境間散熱能力不足，而強激光發(fā)射瞬間產(chǎn)生熱量較多快的條件下，本發(fā)明可為激光器迅速產(chǎn)生的熱量提供緩沖，在激光器短時運轉(zhuǎn)器件保障激光器正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)激光器停止工作后，再將熱量緩緩散出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的又一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的另一結(jié)構(gòu)示意圖；。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明：

圖1是本發(fā)明的熱容冷卻液體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該熱容冷卻液體激光器包括：泵浦源1、第一諧振腔鏡21、第二諧振腔鏡22、液體增益管3、相變材料層4、冷卻流道5、液泵6、第一流道管81和第二流道管82；其中，

泵浦源1發(fā)出的泵浦光能夠照射至液體增益管3。

第一諧振腔鏡21設(shè)置于液體增益管3的左側(cè)，第二諧振腔鏡22設(shè)置于液體增益管3的右側(cè)。具體的，如圖1所示，第一諧振腔鏡21和第二諧振腔鏡22形成成對配套的諧振腔鏡。

液體增益管3的一端與第一流道管81的一端相連通，液體增益管3的另一端與第二流道管82的一端相連通。具體的，如圖1所示，液體增益管3的左端與第一流道管81的上端相連接。液體增益管3的右端與第二流道管82的上端相連通。

第一流道管81的另一端與冷卻流道5的一端相連通，第二流道管82的另一端與冷卻流道5的另一端相連通。具體的，冷卻流道5的數(shù)量可以為一條也可以為多條，圖1中示出的冷卻流道5的數(shù)量為四條，四條冷卻流道5并行排列，冷卻流道5的左端與第一流道管81相連通，冷卻流道5的右端與第二流道管82相連通。

液泵6設(shè)置于第一流道管81或第二流道管82的內(nèi)部。具體的，如圖1所示，液泵6設(shè)置于第二流道管82的內(nèi)部。需要理解的是，液泵6可以設(shè)置在第一流道管81內(nèi)部，也可以設(shè)置在第二流道管82的內(nèi)部。液泵6的數(shù)量可以為多個，液泵6不僅設(shè)置在第一流道管81內(nèi)部，而且設(shè)置在第二流道管82的內(nèi)部。進一步的，液泵6還可以設(shè)置于冷卻流道5內(nèi)，如果冷卻流道5為多條，可以在每個冷卻流道5內(nèi)設(shè)置一個液泵6。

相變材料層4設(shè)置于冷卻流道5的外部，相變材料層4用于吸收熱量。具體的，相變材料層4包裹于冷卻流道5的外部，相變材料層4與冷卻流道5的外壁緊密貼合。需要說明的是，冷卻流道5可以為若干條，則每個冷卻流道5的外部都相對應(yīng)的包裹上相變材料層4。

液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82內(nèi)裝有液體增益物質(zhì)。

具體的，液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82為連通流道，可由液泵6驅(qū)動液體增益物質(zhì)在液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82內(nèi)循環(huán)流動。泵浦源1發(fā)出的泵浦光可照射至液體增益管3。第一諧振腔鏡21和第二諧振腔鏡22固定于液體增益管3兩端，對液體增益管3中產(chǎn)生的激光形成正反饋，使激光在諧振腔內(nèi)往復(fù)放大。冷卻流道5外填充相變材料層4，相變材料層4用于吸收流到冷卻流道5內(nèi)液體增益物質(zhì)的熱量。

進一步的，該熱容冷卻液體激光器還包括氣囊7，氣囊7設(shè)置于液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81或第二流道管82的內(nèi)部。圖1中示出的為在冷卻流道5內(nèi)安置帶有一定韌度的氣囊7，在液體增益物質(zhì)熱脹冷縮的體積變化時，氣囊可以微調(diào)體積，保證流道管內(nèi)與增益液體的壓力不會過大，不會因液體體積膨脹造成流道管炸裂。

進一步的，如圖1所示，泵浦源1為側(cè)面泵浦源，泵浦源1的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源1沿液體增益管3的長度方向均勻分布。保證泵浦源1發(fā)出的泵浦光照射至液體增益管3。通過泵浦源的數(shù)量和分布情況使得泵浦源1發(fā)出的泵浦光能夠很好的照射至液體增益管3，提高了效率。進一步的，如圖2所示，該熱容冷卻液體激光器還包括若干個傳導(dǎo)光纖9，每個泵浦源1與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖9相連接，每個泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖9傳導(dǎo)至液體增益管3。采用光纖耦合的方式將泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光傳導(dǎo)至液體增益管，采用光纖傳導(dǎo)，更容易變換泵浦光分布形狀，提升泵浦光功率密度。

可選的，如圖3所示，該熱容冷卻液體激光器還包括聚焦透鏡10；其中，泵浦源1為端面泵浦源，泵浦源1的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源1設(shè)置于第一諧振腔鏡21的左側(cè)；聚焦透鏡10設(shè)置于第一諧振腔鏡21與泵浦源1之間。若干個泵浦源1可以并行排列。進一步的，還包括若干個傳導(dǎo)光纖9，每個泵浦源1與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖9相連接，泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖9傳導(dǎo)至聚焦透鏡10，聚焦透鏡10將泵浦光聚束后傳輸?shù)揭后w增益管3。本實施例通過聚焦透鏡10和傳導(dǎo)光纖9更容易變換泵浦光分布形狀，提升泵浦光功率密度。

本發(fā)明還提供了一種熱容冷卻液體激光器，如圖4所示，該熱容冷卻液體激光器包括：泵浦源1、液體增益管3、相變材料層4、冷卻流道5、液泵6、第一流道管81和第二流道管82；其中，

泵浦源1發(fā)出的泵浦光能夠照射至液體增益管3。

液體增益管3的左右兩個內(nèi)端面鍍設(shè)有反射膜31，液體增益管3的縱向截面的形狀為高斯光束縱向分布形狀。具體的，反射膜31鍍設(shè)于液體增益管3的左右兩個內(nèi)端面，將液體增益管3的左右兩個內(nèi)端面代替第一諧振腔鏡21和第二諧振腔鏡22，省去諧振腔鏡的間隔空間，并且減少了諧振腔內(nèi)激光流道管3端面界面。液體增益管3的縱向截面的形狀為高斯光束縱向分布形狀，使諧振腔內(nèi)的增益介質(zhì)增益區(qū)只能按照高斯光束傳播，由此可以約束諧振腔腔內(nèi)的激光為高斯光束，以保證該液體激光器的光束質(zhì)量。

液體增益管3的一端與第一流道管81的一端相連通，液體增益管3的另一端與第二流道管82的一端相連通。具體的，如圖4所示，液體增益管3的左端與第一流道管81的上端相連接。液體增益管3的右端與第二流道管82的上端相連通。

第一流道管81的另一端與冷卻流道5的一端相連通，第二流道管82的另一端與冷卻流道5的另一端相連通。具體的，冷卻流道5的數(shù)量可以為一條也可以為多條，圖4中示出的冷卻流道5的數(shù)量為四條，四條冷卻流道5并行排列，冷卻流道5的左端與第一流道管81相連通，冷卻流道5的右端與第二流道管82相連通。

液泵6設(shè)置于第一流道管81或第二流道管82的內(nèi)部。具體的，如圖4所示，液泵6設(shè)置于第二流道管82的內(nèi)部。需要理解的是，液泵6可以設(shè)置在第一流道管81內(nèi)部，也可以設(shè)置在第二流道管82的內(nèi)部。液泵6的數(shù)量可以為多個，液泵6不僅設(shè)置在第一流道管81內(nèi)部，而且設(shè)置在第二流道管82的內(nèi)部。

相變材料層4設(shè)置于冷卻流道5的外部，相變材料層4用于吸收熱量。具體的，相變材料層4包裹于冷卻流道5的外部。需要說明的是，冷卻流道5可以為若干條，則每個冷卻流道5的外部都相對應(yīng)的包裹上相變材料層4。

冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82內(nèi)裝有液體增益物質(zhì)。

具體的，液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82為連通流道，可由液泵6驅(qū)動液體增益物質(zhì)在液體增益管3、冷卻流道5、第一流道管81和第二流道管82內(nèi)循環(huán)流動。泵浦源1發(fā)出的泵浦光可照射至液體增益管3。液體增益管3的左右兩個端面的反射膜31對液體增益管3中產(chǎn)生的激光形成正反饋，使激光在諧振腔內(nèi)往復(fù)放大。冷卻流道5外填充相變材料層4，相變材料層4用于吸收流到冷卻流道5內(nèi)液體增益物質(zhì)的熱量。進一步的，冷卻流道5內(nèi)安置帶有一定韌度的氣囊7，在液體增益物質(zhì)熱脹冷縮的體積變化時，氣囊可以微調(diào)體積，保證流道管內(nèi)與增益液體的壓力不會過大，不會因液體體積膨脹造成流道管炸裂。

進一步的，如圖4所示，泵浦源1為側(cè)面泵浦源，泵浦源1的數(shù)量為若干個，若干個泵浦源1沿液體增益管3的長度方向均勻分布。保證泵浦源1發(fā)出的泵浦光照射至液體增益管3。通過泵浦源的數(shù)量和分布情況使得泵浦源1發(fā)出的泵浦光能夠很好的照射至液體增益管3，提高了效率。進一步的，如圖5所示，該熱容冷卻液體激光器還包括若干個傳導(dǎo)光纖9，每個泵浦源1與其相對應(yīng)的傳導(dǎo)光纖9相連接，每個泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光通過傳導(dǎo)光纖9傳導(dǎo)至液體增益管3。采用光纖耦合的方式將泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光傳導(dǎo)至液體增益管，采用光纖傳導(dǎo)，更容易變換泵浦光分布形狀，提升泵浦光功率密度。

本發(fā)明提出一種采用相變材料對液體增益物質(zhì)冷卻的方法，當(dāng)液體增益物質(zhì)流入帶有相變材料的冷卻流道中后，與相變材料熱交換，散出液體增益物質(zhì)的熱量。該發(fā)明相對于傳統(tǒng)的水冷機對液體冷卻的方法，增大了激光器的熱容量，減小散熱設(shè)施的體積和重量，為某些需要易于移動和不適宜放置水冷機的場合提供良好技術(shù)途徑；并且本發(fā)明支持了高功率液體激光器在強激光運轉(zhuǎn)與弱換熱能力的緩沖間歇運轉(zhuǎn)模式，當(dāng)激光器與環(huán)境間散熱能力不足，而強激光發(fā)射瞬間產(chǎn)生熱量較多快的條件下，本發(fā)明可為激光器迅速產(chǎn)生的熱量提供緩沖，在激光器短時運轉(zhuǎn)器件保障激光器正常運轉(zhuǎn)，當(dāng)激光器停止工作后，再將熱量緩緩散出。

以上所述的實施例只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。