一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置及利用該裝置進(jìn)行點(diǎn)火的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展和激光器件的研究進(jìn)步,使得用激光器為內(nèi)燃機(jī)、航空發(fā)動機(jī)、火箭點(diǎn)火成為了新的應(yīng)用領(lǐng)域。對于傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)而言,為了提高點(diǎn)火的成功率,需要大大提高電火花塞電極間的放電電壓,然而加速了電極的腐蝕。同時,電火花塞還會引起經(jīng)由其電極向燃燒室壁面?zhèn)鲗?dǎo)造成的熱量損失,導(dǎo)致熄火率的進(jìn)一步增大。因此,研究新型的點(diǎn)火方式,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠點(diǎn)火,特別是當(dāng)前先進(jìn)發(fā)動機(jī)領(lǐng)域點(diǎn)火方式的探索成為了熱點(diǎn)。
[0003]激光誘導(dǎo)等離子體點(diǎn)火即所謂的激光點(diǎn)火,它是利用調(diào)Q技術(shù)獲得大能量的激光擊穿空氣或者金屬產(chǎn)生等離子體用于替代傳統(tǒng)火花塞對發(fā)動機(jī)進(jìn)行點(diǎn)火。在激光點(diǎn)火的應(yīng)用環(huán)境下,相比發(fā)動機(jī)的體積,常見的激光器都顯得十分龐大,同時激光器系統(tǒng)附帶有用于激光晶體控溫的冷卻系統(tǒng),使之基本上不能得到真正的工程應(yīng)用。所以,運(yùn)用于激光點(diǎn)火的激光器需要實(shí)現(xiàn)小型化的目標(biāo)。
[0004]目前,發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火環(huán)境相對于激光器的可適用環(huán)境來說都是十分惡劣的,特別是劇烈振動的環(huán)境條件。而對于激光點(diǎn)火的固體激光器而言,振動是一個影響激光器穩(wěn)定工作的關(guān)鍵因素,而發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的振動環(huán)境是無法改變的,因此只能是在點(diǎn)火激光器上尋求新結(jié)構(gòu)的突破。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了提高激光應(yīng)用于發(fā)動機(jī)點(diǎn)火的成功幾率以及其可靠實(shí)用性,本發(fā)明提供了一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置及方法,利用角錐棱鏡的后向反射性,即對任意入射光均可將其沿平行方向反射出來,同時激光晶體棒、調(diào)Q晶體、激光輸出鏡被設(shè)計加工成為一體,這樣的激光器腔型結(jié)構(gòu)對于振動的應(yīng)用環(huán)境而言是十分穩(wěn)定的,同時也極大縮小了激光器整體體積,從真正意義上實(shí)現(xiàn)了激光點(diǎn)火的實(shí)際應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,包括角錐棱鏡、柱型聚光腔、脈沖氙燈、激光晶體棒、調(diào)Q晶體、激光輸出膜,角錐棱鏡和激光輸出膜構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔,脈沖氙燈發(fā)射出的光經(jīng)柱型聚光腔匯聚后入射到激光晶體棒中,激光晶體棒吸收栗浦能量,在角錐棱鏡和激光輸出膜之間產(chǎn)生振蕩激光,該激光經(jīng)由調(diào)Q晶體后將被調(diào)制成脈沖形式,經(jīng)激光輸出膜后輸出到諧振腔外。
[0007]一種利用上述裝置進(jìn)行激光器點(diǎn)火的方法,包括以下步驟:
步驟一、放置角錐棱鏡和激光輸出膜,構(gòu)成免調(diào)式激光諧振腔;
步驟二、脈沖氙燈栗浦源發(fā)射出的栗浦光被柱型聚光腔聚光到激光晶體棒中,激光晶體棒吸收栗浦能量,在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩激光后經(jīng)角錐棱鏡反射以及輸出膜輸出到激光諧振腔外,產(chǎn)生脈沖激光輸出;
步驟三、輸出的脈沖激光作用到可燃?xì)怏w上產(chǎn)生等離子體,進(jìn)行激光點(diǎn)火。
[0008]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明利用角錐棱鏡的后向反射性構(gòu)成免調(diào)式激光諧振腔以期抑制激光點(diǎn)火的振動環(huán)境,激光晶體棒、調(diào)Q晶體、激光輸出鏡整體設(shè)計加工成為一體,最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火激光器免調(diào)式以及小型實(shí)用化的特點(diǎn),是一種簡單易行的辦法。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的免調(diào)式小型化激光器的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為角錐棱鏡抑制振動環(huán)境的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明,但并不局限于此,凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0011]【具體實(shí)施方式】一:如圖1和圖2所示,本實(shí)施方式提供了一種免調(diào)試小型化的激光器點(diǎn)火裝置,所述裝置包括角錐棱鏡1、柱型聚光腔2、脈沖氙燈3、激光晶體棒4、調(diào)Q晶體5、激光輸出膜6,脈沖氙燈3和激光晶體棒4位于柱型聚光腔2中,角錐棱鏡I和激光輸出膜6構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔,脈沖氙燈3發(fā)射出的光經(jīng)柱型聚光腔2匯聚后入射到激光晶體棒4中,激光晶體棒4吸收栗浦能量,在角錐棱鏡I和激光輸出膜6之間產(chǎn)生振蕩激光,該激光經(jīng)由調(diào)Q晶體5后將被調(diào)制成脈沖形式,經(jīng)激光輸出膜6后輸出到諧振腔外。
[0012]本實(shí)施方式中,角錐棱鏡1、柱型聚光腔2、脈沖氙燈3、激光晶體棒4、調(diào)Q晶體5、激光輸出膜6均為共軸形式存在。
[0013]本實(shí)施方式中,角錐棱鏡I對所有入射的激光都能夠?qū)⑵浒雌叫械姆较蚍瓷涑鰜?,對于振動的外界環(huán)境具有十分優(yōu)秀的抑制能力,具備免調(diào)試的特點(diǎn)。
[0014]本實(shí)施方式中,將角錐棱鏡I和激光輸出膜6通過簡單共軸放置便可構(gòu)成激光諧振腔,可用于激光輸出,省去復(fù)雜的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
[0015]本實(shí)施方式中,角錐棱鏡I和激光輸出鏡6組成的諧振腔的腔長為90 mm。
[0016]本實(shí)施方式中,激光晶體棒4、調(diào)Q晶體5、激光輸出膜6被設(shè)計加工成為一體,利于激光器的緊湊小型化和免調(diào)試。
[0017]本實(shí)施方式中,柱型聚光腔2能夠?qū)⒚}沖氙燈2發(fā)出的栗浦光全部均勻的匯聚到激光晶體棒4上,全面提高了脈沖氙燈2的栗浦效率。
[0018]本實(shí)施方式中,角錐棱鏡I和激光輸出膜6構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔必須滿足激光振蕩產(chǎn)生條件。
[0019]本實(shí)施方式中,激光晶體棒4的長度不大于40 mm,Nd: YAG摻雜濃度大于0.5%,例如 1.0%。
[0020]本實(shí)施方式中,調(diào)Q晶體5即Cr4+ = YAG可飽和吸收晶體的初始透過率小于50%,例如 33%。
[0021]本實(shí)施方式中,激光輸出鏡6的透過率為50-70%,例如55%。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式利用【具體實(shí)施方式】一所述裝置實(shí)現(xiàn)免調(diào)式小型化的激光點(diǎn)火方法,由以下步驟實(shí)現(xiàn):
步驟一、放置角錐棱鏡和激光輸出膜,構(gòu)成免調(diào)式激光諧振腔;
步驟二、脈沖氙燈栗浦源發(fā)射出的栗浦光被柱型聚光腔聚光到激光晶體棒中,激光晶體棒吸收栗浦能量,在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩激光后經(jīng)角錐棱鏡反射以及輸出膜輸出到激光諧振腔外,產(chǎn)生脈沖激光輸出;
步驟三、輸出的脈沖激光作用到可燃?xì)怏w上產(chǎn)生等離子體,進(jìn)行激光點(diǎn)火。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,所述裝置由角錐棱鏡(I)、柱型聚光腔(2)、脈沖氙燈(3)、激光晶體棒(4)、調(diào)Q晶體(5)、激光輸出膜(6)構(gòu)成,角錐棱鏡(I)和激光輸出膜(6)構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔,脈沖氙燈(3)發(fā)射出的光經(jīng)柱型聚光腔(2)匯聚后入射到激光晶體棒(4)中,激光晶體棒(4)吸收栗浦能量,在角錐棱鏡(I)和激光輸出膜(6)之間產(chǎn)生振蕩激光,該激光經(jīng)由調(diào)Q晶體(5)后將被調(diào)制成脈沖形式,經(jīng)激光輸出膜(6)后輸出到諧振腔外。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述激光晶體棒(4)、調(diào)Q晶體(5)、激光輸出膜(6)被設(shè)計加工成為一體。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述角錐棱鏡(I)、柱型聚光腔(2)、脈沖氙燈(3)、激光晶體棒(4)、調(diào)Q晶體(5)、激光輸出膜(6)均以共軸的形式設(shè)計。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述角錐棱鏡(I)和激光輸出鏡(6)組成的諧振腔的腔長為90 mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述激光晶體棒(4)的長度不大于40 mm, Nd: YAG摻雜濃度大于0.5%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述調(diào)Q晶體(5 )為Cr4+: YAG可飽和吸收晶體。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述調(diào)Q晶體(5)的初始透過率小于50%。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置,其特征在于所述激光輸出鏡(6)的透過率為50-70%。9.一種利用權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置進(jìn)行激光器點(diǎn)火的方法,其特征在于所述方法由以下步驟實(shí)現(xiàn): 步驟一、放置角錐棱鏡和激光輸出膜,構(gòu)成免調(diào)式激光諧振腔; 步驟二、脈沖氙燈栗浦源發(fā)射出的栗浦光被柱型聚光腔聚光到激光晶體棒中,激光晶體棒吸收栗浦能量,在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生振蕩激光后經(jīng)角錐棱鏡反射以及輸出膜輸出到激光諧振腔外,產(chǎn)生脈沖激光輸出; 步驟三、輸出的脈沖激光作用到可燃?xì)怏w上產(chǎn)生等離子體,進(jìn)行激光點(diǎn)火。
【專利摘要】一種免調(diào)式小型化的激光器點(diǎn)火裝置及方法,所述激光器點(diǎn)火裝置包括角錐棱鏡、柱型聚光腔、脈沖氙燈、激光晶體棒、調(diào)Q晶體、激光輸出膜,角錐棱鏡和激光輸出膜構(gòu)成激光振蕩器的諧振腔,脈沖氙燈發(fā)射出的光經(jīng)柱型聚光腔匯聚后入射到激光晶體棒中,激光晶體棒吸收泵浦能量,在角錐棱鏡和激光輸出膜之間產(chǎn)生振蕩激光,該激光經(jīng)由調(diào)Q晶體后將被調(diào)制成脈沖形式,經(jīng)激光輸出膜后輸出到諧振腔外。本發(fā)明利用角錐棱鏡的后向反射性構(gòu)成免調(diào)式激光諧振腔以期抑制激光點(diǎn)火的振動環(huán)境,激光晶體棒、調(diào)Q晶體、激光輸出鏡整體設(shè)計加工成為一體,最終實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火激光器免調(diào)式以及小型實(shí)用化的特點(diǎn),是一種簡單易行的辦法。
【IPC分類】F02P23/04, H01S3/08, H01S3/11, F02C7/266, F02K9/95
【公開號】CN105048263
【申請?zhí)枴緾N201510554109
【發(fā)明人】馬欲飛, 何應(yīng), 李旭東, 于欣, 閆仁鵬, 李曉暉, 彭江波, 于楊, 樊榮偉, 董志偉, 楊超博, 楊振
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年9月2日