具有低附加变形的倍频晶体夹持机构及安装方法与流程

本发明涉及一种在一种倍频晶体夹持机构。更具体地说，本发明涉及一种适合用在高能短脉冲激光装置中大径厚比倍频晶体的情况下，具有低附加变形的倍频晶体夹持机构及安装方法。

背景技术：

随着激光技术的快速发展，KDP晶体得到了广泛应用,在高功率固体激光装置中，较大的宽厚比导致晶体面形在重力作用下会发生明显畸变，从而使得晶体内部晶轴出现变化，波前相位失配而极大降低了高功率激光的频率转换效率。国际上先后发明了多种固定大口径薄型KDP晶体的夹持方案，但最终被采用的主要有以下三种：

其一，压条固定，在KDP晶体迎光面一向，通过矩形支撑金属框对迎光面的4条底边支撑保护，在晶体的背光面一向，通过4块弹性模量为1.4X10⁵Pa的弹性压条均匀施加线载荷到晶体的表面。压条固定方式可以在一定程度上抑制重力对晶体面形的影响，但控制线载荷均匀分布在晶体表面较为困难。为了较好地抑制重力对晶体面形的影响，模型中线载荷的大小取值为0.2N·mm^-1。

其二，粘胶固定，通过在晶体两条直角边用硅胶将KDP晶体与矩形支撑金属框侧面粘贴，倍频晶体的粘胶直角边平行于其e轴，硅胶的杨氏模量为1MPa，泊松比为0.4，密度1100kg/m³,单侧硅胶厚度为5mm。粘胶固定力一式可以最大限度地减小一倍频晶体沿光轴的形变，但其缺点在于为了避免横向拉曼散射效应对硅胶的损伤，和频晶体沿光轴的形变较大。

其三，全外围夹持，晶体迎光面与压条固定方式类似，通过矩形支撑金属框将迎光面的4条底边支撑保护；同时，矩形支撑金属框的4个侧面各自排列着4个等间距对称螺孔，通过胶钉将点载荷作用在KDP晶体的4个侧面，实现对晶体的支撑。全外围夹持方式并不能抑制重力对晶体面形的影响，其施加力的原则是在能够紧固晶体的条件下，施加尽可能小的夹持力。模型中为了紧固晶体，每个胶钉对晶体侧而施加的点载荷为15N。全外围夹持方式的优点在于借助专业工具可以对晶体侧而精确地施加点载荷，其缺点为点载荷对晶体侧面的作用会导致晶体边缘的局部区域出现较大幅度的形变，从而造成倍频光边缘部分光强分布的非均匀性。

而现有技术中倍频晶体的夹持难点在晶体材料较脆，同时晶体的变形和夹持应力都会对晶体的转换效率产生影响。同时在实际使用中发现，目前的夹持方式想通过面接触来将集中难题，并通过提高夹持框接触面的面形精度来降低对倍频晶体的夹持影响。而实际应用中发现，因晶体的加工面形在nm量级，晶体框很难达到此加工精度，并且随时间变化，该夹持框会产生形变，从而使理想的面接触变成非均匀的点接触，倍频晶体的面形很难保证，另一方面目前为保证倍频晶体稳定，采用了过约束设计，这种约束方式也带来了晶体的附加变形。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种具有低附加变形的倍频晶体夹持机构，克服了目前倍频晶体夹持附加应力和附加面形控制难题，其通过降低夹持约束点的接触面积，变接触面约束为点约束，减小过约束带来的附加变形，降低附加变形和附加应力。

本发明还有一个目的是通过制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的方法，以使其制造得到的夹持机构，能变接触面约束为点约束，减小过约束带来的附加变形，降低夹持的应力进而提高晶体转换效率的稳定性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有低附加变形的倍频晶体夹持机构，包括相互配合且呈框架结构的底座和压框，以在二者复合后限定一容纳倍频晶体的通槽，

所述底座在其相互邻接的三条内侧边上设置有以对倍频晶体进行支撑的三个支撑机构，所述压框在朝向倍频晶体的一侧设置有与各支撑机构相互配合的固定机构；

其中，各所述支撑机构、固定机构与倍频晶体接触的一端分别设置有对应的第一弧形部，第二弧形部，以在倍频晶体两侧的空间上构成对应的三点约束夹持。

优选的是，其中，所述三个支撑机构包括：

呈相互对应的方式设置在两条内侧边上的第一支撑件，以及设置在另一内侧边上的第二支撑件；

其中，所述第一支撑件距第二支撑件所在内侧边的距离，被设置为第一支撑件所在内侧边高度的2/3；

所述第二支撑件被设置为位于其所在内侧边的中心位置处。

优选的是，其中，各所述支撑机构、固定机构均与其相配合的底座、压框呈以可拆卸的方式进行设置。

优选的是，其中，所述底座、压框在与各支撑机构、固定机构相配合的位置上均设置有对应的螺纹孔；

其中，各所述支撑机构、固定机构均包括一与各螺纹孔对应的第一固定部、第二固定部，且

所述第一固定部的最大直径小于第一弧形部的最大直径，所述第二固定部的最大直接大于第二弧形部的最大直径。

优选的是，其中，所述底座在朝向倍频晶体的一侧设置有与各支撑机构相配合的三个凸台，进而其在各侧边上对位于支撑机构及固定机构之间的倍频晶体进行横向限位及纵向支撑；

所述压框上设置有与各凸台相配合的卡槽。

优选的是，其中，所述底座与压框以可拆卸的方式进行设置，且所述底座与压框均采用金属材料制成。

优选的是，其中，所述第一弧形部、第二弧形部被设置为半球状，各所述支撑机构、固定机构均采用聚四氟已烯制成。

本发明的目的还可以进一步由一种制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的方法来实现，包括：

将各所述支撑机构的第一固定部旋入底座上对应的螺纹孔内；

将所述倍频晶体置于各支撑机构的第一弧形部上；

将所述压框以可拆卸的方式与底座进行复合，且在复合时所述底座与压框之间具有一预定距离；

将各所述固定机构从压框上对应的螺纹孔旋入，进而使得第二弧形部与倍频晶体接触紧密，进而在空间上与第一弧形部配合构成对倍频晶体的三点约束夹持。

本发明的目的还可以进一步由一种制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的方法进而以实现，包括：

将所述倍频晶体置于各支撑机构的第一弧形部上，并与各凸台的侧壁接触，以在空间上对倍频晶体进行横向限位及纵向支撑；

将所述压框以可拆卸的方式与底座进行复合，直至第二弧形部与倍频晶体接触紧密，进而在空间上与第一弧形部相配合构成对倍频晶体的三点约束夹持。

本发明至少包括以下有益效果：其一，本发明通过在倍频晶体的两侧设置对应的三点支撑机构，进而使得晶体的迎光面和出光面均不与底座、压框接触，对晶体的夹持采用3点约束方式，以克服目前倍频晶体夹持附加应力和附加面形控制难题，变接触面约束为点约束，通过降低夹持约束点的接触面积，减小过约束带来的附加变形，以实现降低附加变形和附加应力的效果，具有产品性能稳定性强，结构简单易于实现的效果。

其二，本发明通过对通过优化各支撑机构上接触点的位置，进而降低附加变形和附加应力，且其上的约束点采用半球机构，变面约束为点约束，约束机构材料为较软的聚四氟乙烯，通过优化约束点布置，并通过改变约束方式，降低过约束带来的附加面形，同时晶体夹持的外部框架采用金属框以保证整体刚度，倍频晶体由镜框底座上的三个凸台进行横向限位和纵向支撑，使其具有更强的结构稳定性。

其三，本发明通过提供一种制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的方法，以使其制造得到的夹持机构，能变接触面约束为点约束，减小过约束带来的附加变形，降低夹持的应力进而提高晶体转换效率的稳定性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的一个实施例中具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的爆炸结构示意图；

图2为本发明的另一个实施例中底座的结构示意图；

图3为本发明的另一个实施例中支撑机构放大后的结构示意图；

图4为本发明的另一个实施例中固定机构放大后的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明/发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1-4示出了根据本发明的一种具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的实现形式，包括相互配合且呈框架结构的底座1和压框2，以在二者复合后限定一容纳倍频晶体的通槽，还包括：

所述底座在其相互邻接的三条内侧边上设置有以对倍频晶体3进行支撑的三个支撑机构10，所述压框在朝向倍频晶体的一侧设置有与各支撑机构相互配合的固定机构20，其通过在倍频晶体的两侧设置对应的三点支撑机构，进而使得晶体的迎光面和出光面均不与底座、压框接触，对晶体的夹持采用3点约束方式，以克服目前倍频晶体夹持附加应力和附加面形控制难题，变接触面约束为点约束；

其中，各所述支撑机构、固定机构与倍频晶体接触的一端分别设置有对应的第一弧形部11，第二弧形部21，其通过第一弧形部，第二弧形部优化各支撑机构上的约束点，降低过约束带来的附加面形，以在倍频晶体两侧的空间上构成对应的三点约束夹持。采用这种方案通过降低夹持约束点的接触面积，以及优化各支撑机构上的约束点，减小过约束带来的附加变形，以实现降低附加变形和附加应力的效果，具有产品性能稳定性强，结构简单易于实现的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图2所示，在另一种实施例中，所述三个支撑机构包括：

呈相互对应的方式设置在两条内侧边上的第一支撑件12，以及设置在另一内侧边上的第二支撑件13；

其中，所述第一支撑件距第二支撑件所在内侧边的距离，被设置为第一支撑件所在内侧边高度的2/3；

所述第二支撑件被设置为位于其所在内侧边的中心位置处。采用这种方案通过优化各支撑机构上接触点的位置，进而降低附加变形和附加应力，增加其支撑的稳定性，具有可实施效果好，可操作性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实施例中，各所述支撑机构、固定机构均与其相配合的底座、压框呈以可拆卸的方式进行设置。采用这种方案以利于其加工和后期的维护处理，具有可实施效果好，稳定性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1-4所示，在另一种实施例中，所述底座、压框在与各支撑机构、固定机构相配合的位置上均设置有对应的螺纹孔14、22；

其中，各所述支撑机构、固定机构均包括一与各螺纹孔对应的第一固定部16、第二固定部24，且

所述第一固定部的最大直径小于第一弧形部的最大直径，所述第二固定部的最大直接大于第二弧形部的最大直径。采用这种方案进而使得其部件都以可拆卸的方式进行设置，进而使得其后期维护更为有利，减少了成本的控制，利于实施和安装的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图2所示，在另一种实施例中，所述底座在朝向倍频晶体的一侧设置有与各支撑机构相配合的三个凸台15，进而其在各侧边上对位于支撑机构及固定机构之间的倍频晶体进行横向限位及纵向支撑；

所述压框上设置有与各凸台相配合的卡槽23。采用这种方案通过三个凸台的设置，以限制晶体的横向和垂直方向的位置，并对晶体起垂直方向支撑作用，具有可实施效果好，稳定性强的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

如图1所示，在另一种实施例中，所述底座与压框以可拆卸的方式进行设置，如螺钉4，且所述底座与压框均采用金属材料制成。采用这种方案将夹持的外部框架采用金属框以保证整体刚度，具有更强的产品结构稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

在另一种实施例中，所述第一弧形部、第二弧形部被设置为半球状，各所述支撑机构、固定机构均采用聚四氟已烯制成。采用这种方案将支撑机构上的约束点采用半球机构，通过优化约束点布置，变面约束为点约束，以通过改变约束方式，降低过约束带来的附加面形，且其约束机构材料被限定为采用较软的聚四氟乙烯，减小对倍频晶体夹持局部应力集中，使得其最终产品具有稳定性好，进而提高晶体转换效率稳定性的有利之处。且同时晶体夹持的外部框架采用金属框以保证整体刚度，并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

上述方案中制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的一种实现方法，包括：

将各所述支撑机构的第一固定部旋入底座上对应的螺纹孔内；

将所述倍频晶体置于各支撑机构的第一弧形部上；

将所述压框以可拆卸的方式与底座进行复合，且在复合时所述底座与压框之间具有一预定距离；

将各所述固定机构从压框上对应的螺纹孔旋入，进而使得第二弧形部与倍频晶体接触紧密，进而在空间上与第一弧形部配合构成对倍频晶体的三点约束夹持。采用这种方案制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构，其各支撑机构和固定机构均采用可拆卸的方式进行设置，以利于后期维护，同时可根据需要和使用时间进行适当的调整，以保持倍频晶体与各约束点之间的接触紧密度，进而使其制造得到的夹持机构，在能变接触面约束为点约束，减小过约束带来的附加变形，降低夹持的应力的同时，具有产品结构稳定性好，使用寿命长，晶体转换效率稳定性好的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

上述方案中制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构的另一种实现方法，包括：

将所述倍频晶体置于各支撑机构的第一弧形部上，并与各凸台的侧壁接触，以在空间上对倍频晶体进行横向限位及纵向支撑；

将所述压框以可拆卸的方式与底座进行复合，直至第二弧形部与倍频晶体接触紧密，进而在空间上与第一弧形部相配合构成对倍频晶体的三点约束夹持。采用这种方案制造具有低附加变形的倍频晶体夹持机构，其在保证变接触面约束为点约束，减小过约束带来的附加变形，降低夹持的应力的同时，通过凸台对其横向限位和纵向支撑，进而保证晶体在使用过程中不会发生位移，进而使其制造得到的夹持机构，具有更好的产品结构稳定性，以保证晶体转换效率稳定性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的具有低附加变形的倍频晶体夹持机构及其制造方法的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。