專利名稱：新型激光棒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于固體激光材料加工和固體激光工作物質(zhì)冷卻技術(shù)領(lǐng)域。
固體激光器的工作物質(zhì)形狀選擇有各種因素引起。其中之一是有利于激光工作物質(zhì)散熱。因為激光材料共有的基本熱問題是熱畸變、熱致雙折射、熱應(yīng)力開裂。所以限制熱梯度增加和減少熱梯度對波前影響是獲得高光束質(zhì)量、高功率輸出的關(guān)鍵。因此國外為解決此類問題作了不少工作。
在過去的光泵浦固體激光器中，它們的工作物質(zhì)通常被加工成園柱形。這種激光棒目前被國內(nèi)外廣泛實用。另外在此基礎(chǔ)上人們還制造出中空園柱形激光棒。為了更好散熱，人們還制造了板條形、盤形等。目的是在給定激光材料體積情況下增加冷卻表面。板條形激光棒在1972年由美國通用電氣公司申報了美國專利。專利號NO.3.633.126。
本實用新型的目的是提供冷卻激光工作物質(zhì)的新形式。借此來擴大激光工作物質(zhì)散熱面，減少熱畸變、降低熱透鏡效應(yīng)，提高激光工作物質(zhì)在大功率、高亮度條件下工作時的抗破壞能力。實現(xiàn)一個激光頭獲得激光大功率輸出。以及提供新的激光棒封接裝配技術(shù)。
本實用新型內(nèi)容是本新型是在激光棒柱面上加工數(shù)條螺紋形或者直線形刻槽，以及在激光棒的兩端加工有臺階、環(huán)形槽。并在激光棒端面上的非光路區(qū)開有散熱孔。
事實上，本實用新型是通過對激光材料加工，來改善激光工作物質(zhì)冷卻狀態(tài)和激光棒的封接裝配技術(shù)。從而提高激光工作物質(zhì)冷卻效率，保證封接后的激光棒同金屬套管始終準(zhǔn)直及良好的密封性能。
具體的技術(shù)實施是有螺紋刻槽的新型激光棒，是實用外園磨床和自制工具，在激光棒園柱面上加工螺紋刻槽。另外還在激光棒兩端螺紋線外加工環(huán)形槽。
有直線刻槽的新型激光棒，是利用自制工具和特制切割刀具，實用普通外園切割機在激光棒柱面上加工直線刻槽，這些刻槽彼此平行。但是，在新型激光棒的兩端要留下一段不刻槽，作為聯(lián)接體。在聯(lián)接體外徑上加工有臺階，在臺階上加工有環(huán)形槽。為了使聯(lián)接體更好散熱，在新型激光棒端面上，對應(yīng)激光棒柱面上刻槽處加工散熱孔。這些散熱孔的直徑不能大于激光棒柱面上刻槽寬度，更不能同柱面上刻槽相連通。這樣可以作到；即不減小激光棒的通光孔徑，又能保證冷卻液密封。還能使激光棒端面散熱良好。
新型激光棒是利用激光棒兩端臺階和環(huán)形槽，實現(xiàn)金屬套管同激光棒的定位、準(zhǔn)直?？伤苄浴癘”型環(huán)用于密封。把“O”型環(huán)置于環(huán)形槽內(nèi)，裝上金屬套管并將金屬套管同激光棒一起固定。使它們聯(lián)為一體即可實現(xiàn)封接。
實用新型的具體結(jié)構(gòu)由附圖給出；

圖1是激光棒柱面上有螺紋刻槽的新型激光棒剖面圖。
圖2是激光棒柱面上有直線刻槽的新型激光棒剖面圖。以及任意選出的截面圖。
圖3是新型激光棒同金屬套管封接后的剖面圖。
下面結(jié)合圖1、圖2、圖3說明本實用新型具體細(xì)節(jié)。
在圖1中有擴大散熱表面和引導(dǎo)冷卻液流向的螺紋刻槽(1)，提供密封激光棒及定位金屬套管的環(huán)形槽(2)。
在圖2中有改變激光棒通光截面面形、擴大散熱面、構(gòu)成冷卻液通道的直線刻槽(3)。以及提供密封、定位激光棒和金屬套管的臺階(4)，和環(huán)形槽(5)，端面散熱孔(6)。
在圖3中有新型激光棒(7)，加長和密封激光棒的金屬套管(8)。“O”型環(huán)(9)，密封膠(10)。
簡單地說新型激光棒除了擴大激光工作物質(zhì)散熱面、提高激光棒的冷卻效率、改變激光棒截面面形之外，新型激光棒解決了大直徑激光棒的中心冷卻問題。以及能實現(xiàn)冷卻液圍繞激光棒軸旋轉(zhuǎn)對稱流動，從而使激光棒內(nèi)部溫度分布均勻?qū)ΨQ。另外新型激光棒的密封裝配技術(shù)能保證激光棒同金屬套管之間的準(zhǔn)直。
下面進(jìn)一步說明新型激光棒的優(yōu)點。由于現(xiàn)在正在實用的各種類型激光棒，在激光棒的加工制造和實際應(yīng)用中都存在缺點，新型激光棒能在一定程度上克服這些缺點，因此新型能提高固體激光器的性能。例如通用的園柱形激光棒，有大的徑向溫度梯度，這種溫度梯度是隨激光棒直徑增加而加大。大的熱梯度會引起大的熱畸變，因此嚴(yán)重影響光束質(zhì)量和激光功率的提高。中空園柱形激光棒的內(nèi)部無法強制冷卻，徑向溫度差仍然很大。板條形有好的散熱條件，但是光學(xué)加工難度很大，而且寬而薄的板條固定技術(shù)也是困難的。同時制造這樣的板條還需要大直徑晶體，生長大直徑晶體的費用是很高的。盤形激光器冷卻液表面散射和衰減引起的光學(xué)損耗，以及固定技術(shù)的困難也都令人們失望。
新型有螺紋刻槽的激光棒，在保持同園柱形激光棒有相同通光孔徑的條件下，新型能進(jìn)一步擴大激光棒散熱面，并且能使部分冷卻液沿螺紋、圍繞激光棒軸對稱旋轉(zhuǎn)流動。從而降低了激光棒徑向溫度梯度。并使激光棒徑向溫度分布均勻?qū)ΨQ。
新型有直線刻槽的激光棒，完全改變了園柱形激光棒的通光截面面形。新型能夠?qū)崿F(xiàn)激光棒中心和周圍邊界的大面積同等條件冷卻。因此沒有徑向溫度梯度，光畸變在很大程度上得到克服。它的通光截面上的溫度場分布，可以作到近似于板條形結(jié)構(gòu)激光棒的溫度場分布。新型激光棒相當(dāng)于多根激光棒并聯(lián)。因此能夠作成多燈泵浦大功率激光輸出的激光器。所以該新型激光棒，具有用一個激光頭就可以獲得大功率輸出的能力，這樣就會改變目前國內(nèi)外為實現(xiàn)激光大功率輸出，而必須采用多級激光器串聯(lián)的技術(shù)。
根據(jù)計算一支直徑φ30mm的新型激光棒，它的有效通光孔徑相當(dāng)于六支直徑φ10mm園柱形激光棒的有效通光孔徑的總和。但是，新型激光棒的散熱面卻遠(yuǎn)大于六支直徑φ10mm園柱形激光棒的總散熱面積。
新型激光棒的封接裝配技術(shù)的特點，在于它能夠始終保持激光棒同金屬套管之間的準(zhǔn)直不變形。這對激光器性能改善和激光器穩(wěn)定性的提高都會有幫助。
權(quán)利要求1.新型激光棒，其特征在于激光棒柱面上加工有螺紋形刻槽(1)和直線形刻槽(3)，環(huán)形槽(2)、(5)，臺階(4)，散熱孔(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光棒，其特征在于利用臺階(4)定位，在環(huán)型槽(2)、(5)內(nèi)放置“O”型環(huán)或密封膠，還可以在臺階(4)上放置密封墊，進(jìn)行激光棒同金屬套管之間的密封裝配。
專利摘要本實用新型屬于固體激光材料加工和激光工作物質(zhì)冷卻領(lǐng)域。新型激光棒是通過激光棒柱面上刻槽，改變截面面形，擴大散熱面，引導(dǎo)冷卻液流向，實現(xiàn)冷卻液旋轉(zhuǎn)流動，以及激光棒的中心同周圍邊界同時冷卻。這樣可以克服熱畸變，提高激光工作物質(zhì)在連結(jié)、高重復(fù)頻率、大功率、高平均功率、高亮度、窄脈寬高峰值功率下工作時的抗破壞能力。特別是直線刻槽新型激光棒，能用大直徑激光棒做成激光器。激光棒無徑向溫度梯度。單一激光頭就能獲得大功率激光輸出。
文檔編號H01S3/06GK2078051SQ9020549
公開日1991年5月29日 申請日期1990年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1990年5月3日
發(fā)明者薛志銀 申請人:薛志銀