一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统的制作方法

本实用新型涉及激光器冷却技术领域，具体涉及一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统。

背景技术：

随着激光技术的不断发展和深入，小型化的固体激光器在军事和民用应用领域越来越受到青睐。在固体激光器中，增益晶体会产生大量的废热，必须及时排出，否则会影响固体激光器的性能，甚至导致激光增益晶体的损伤。由此，发展出了各种不同冷却方式的固体激光器，例如传导式、液冷式、浸入式、半导体冷却式、风冷式、复合式等。液冷式由于其热传导系数高、流动速度快、比热大、温度均匀性好等突出优点在高热流密度的固体激光器中得到了最广泛的应用。

通过在谐振腔或放大器中增加增益晶体的数量，可以提高固体激光器的输出功率。为了同时有效的为多模块激光晶体制冷，液冷管路的设计需要考虑以下一些因素。既要保证通过激光晶体的冷却剂流量，还要保证冷却管路不影响光路。同时既要为冷却管路预留足够的空间，减小其水阻，还要保持一定的柔韧性，不会牵制光学器件，造成位移。这样的冷却管路的设计可能变得非常复杂，占据了固体激光器的很大部分空间，难以实现小型化。而且通常选用塑料管道作为冷却管路的载体，在长期的高低温和振动环境中，这些塑料管道的可靠性变得很差，特别是塑料管道和激光晶体冷却器件的接口处，容易出现渗漏的风险。

在固体激光器多模块晶体冷却管道的设计中，为了减小冷却管道的空间体积、避免渗漏的风险，实用新型了一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路设计方法。实验技术验证表明，相对于常用的塑料管道，在高低温和振动环境中，其可靠性和密封性都得到了明显改善。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统，其改进之处在于，所述系统包括激光晶体冷却器1、激光晶体2、激光晶体冷却器的内部管路3、螺纹密封接口4和金属波纹管5；所述金属波纹管5的两端连接所述螺纹密封接口4；所述激光晶体冷却器的内部管路3分别连接激光晶体冷却器1内部两端的螺纹密封接口4；所述激光晶体2设置在所述激光晶体冷却器1上。

进一步地，两个所述激光晶体2分别放置在两个的激光晶体冷却器1中，两个所述激光晶体2平行或垂直，液冷回路采用串接方式，依次通过两个的激光晶体冷却器1，中间和对外的进出水口均通过金属波纹管5链接。

进一步地，所述激光晶体冷却器的内部管路3为U型管，两端分别连接所述螺纹密封接口4。

进一步地，两个所述激光晶体2垂直的光路中，连接激光晶体冷却器1的金属波纹管5采用立体交叠的方式。

进一步地，所述管路系统还包括光学镜片7和泵浦光8。

进一步地，所述系统中两个的激光晶体冷却器1可替换为一个激光晶体冷却器1和电光Q开关的组合；或一个激光晶体冷却器1和声光Q开关的组合。

进一步地，所述激光晶体2为两个以上。

进一步地，所述激光晶体2为棒状晶体，所述激光晶体的侧面与冷却液接触散热，用于带走激光晶体2的废热。

进一步地，所述金属波纹管5和螺纹密封接口4采用不锈钢材质。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有的优异效果是：

本实用新型采用金属波纹管替代常用的塑料管道作为激光晶体冷却器间的液冷载体，提高了液管管道在高低温和振动、冲击环境中的可靠性，也兼具了塑料管道良好的弯曲性和延展性，为固体激光器中晶体的调节带来便利性，减小了牵制应力。

本实用新型采用金属波纹管代替金属直管，可以有效的减小弯曲管路引起的水阻，减小制冷系统对压力的要求，还可以实现长度方向的拉伸和转弯处任意角度的弯折，有利于冷却水路的紧凑化和小型化。

本实用新型采用金属波纹管作为激光晶体冷却器液冷管路的载体，在管路设计和布局上带来了便利性。冷却管路的相对高度、接口位置、长度和弯曲度等可以像电缆一样方便，根据光学器件的位置进行设计，实现多个需要冷却的光学器件的串联或并联冷却，可以根据紧凑化和小型化设计原则，优化金属波纹管的布局。

本实用新型金属波纹管两端焊接螺纹密封接口直接与激光晶体冷却器链接，避免了转接过程中的渗漏风险，提高了整个冷却管路的密封性和可靠性。

为了上述以及相关的目的，下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本实用新型提供的第一优选技术方案的一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统结构示意图；

图2是本实用新型提供的第二优选技术方案的一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统结构示意图；

图3是本实用新型提供的第三优选技术方案的一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统结构示意图1；

图4是本实用新型提供的第三优选技术方案的一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统结构示意图2；

图5是本实用新型提供的第四优选技术方案的一种适用于紧凑化、多模块激光晶体冷却的管路系统结构示意图。

图中，1-激光晶体冷却器；2-激光晶体；3-激光晶体冷却器内部管路；4-螺纹密封接口；5-金属波纹管；6-两个金属波纹管在垂直空间通过不同的高度的交错位置；7-光学镜片；8-泵浦光。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

第一优选方案

如图1～2所示，所述系统包括激光晶体冷却器1、激光晶体2、激光晶体冷却器内部管路3、螺纹密封接口4和金属波纹管5；所述金属波纹管5的两端连接所述螺纹密封接口4；所述激光晶体冷却器内部管路3分别连接激光晶体冷却器1内部两端的螺纹密封接口4；所述激光晶体2设置在所述激光晶体冷却器1上。

上述技术方案中，金属波纹管5的内径和外径可根据冷却液的流量确定。金属波纹管5两端为螺纹密封接口4，直接与激光晶体冷却器1的接口对接和密封，其螺纹的间距和大小可根据激光晶体冷却器1的螺纹确定。金属波纹管5和螺纹密封接口4通过焊接或涂敷螺纹胶工艺保证其承压和密闭性。

上述技术方案中，本实用新型采用金属波纹管5，避免了塑料管道长时间老化、变形、变质等问题，在振动环境中也不会轻易晃动。同时也兼具了塑料管道的灵活性等优点，甚至其转弯半径可以做到更小，而不会出现内径压缩变形等问题。采用螺纹密封接口4直接与激光晶体冷却器1链接，避免了塑料与金属接口连接容易出现渗漏的风险，也不需要卡箍等方式进行加强，安装和使用都非常方便。而相对于通常的金属直管道，与激光晶体2链接后，仍保持了较大的长度和角度的调整余量，为激光晶体2的光学调节带来方便。因此，在激光晶体冷却管路系统中，焊接螺纹密封接口4的金属波纹管5综合了塑料管道的灵活性和金属直管的可靠性，在减小固体激光器体积和重量、增强光学器件的调节方便性等方面也具有突出优势。

上述技术方案中，金属波纹管和螺纹密封接口采用不锈钢材质，金属波纹管在长度方向的伸缩量大于整体长度的10％，可弯曲半径小于2cm，既可以实现水平面内的弯折，也可以实现垂直面内的弯折。

上述技术方案中，激光晶体冷却器1采用传导冷却对激光晶体2进行冷却，采用紫铜材质，确保冷却器温度均匀性，内部通过内嵌的回路与金属波纹管5通过螺纹密封接口4对接，螺纹需旋转到底，并在螺纹处涂密封胶，进一步加强其密封性。

上述技术方案中，激光晶体冷却器1采用传导冷却的方式对激光晶体2进行散热，激光晶体2为块状晶体(如3mm×3mm×20mm)，掺杂离子可以是常见的固体激光器中的Nd、Yb、Ho、Tm、Er等，晶体材料也可以是常见的YAG、YVO4、YLF等。

上述技术方案中，采用端泵浦的方式，两个激光晶体2或平行(如图2所示)或垂直(如图3、图4所示)，液冷回路采用串接方式，依次通过过两个的激光晶体冷却器1(激光晶体冷却器A和激光晶体冷却器B)，中间和对外的进出水口均通过金属波纹管5链接。在两个激光晶体2垂直的光路中，连接激光晶体冷却器1的金属波纹管5可以采用立体交叠的方式，避免冷却管路在空间上的干涉。

上述技术方案中，在固体激光器中串接的激光晶体2至少为两个，可以为三个、四个或者更多的激光晶体2。通过增加激光晶体2的数量，提高激光器的增益，以获得更高功率的输出。

第二优选方案

如图2所示，本实用新型根据光学设计，所选取的两个激光晶体冷却器1需纵向水平排布，金属波纹管的长度可以根据A、B两个激光晶体冷却器的相对距离确定，并且有较大的调节余量，整套金属波纹管横向占据的宽度可以小于3cm，为了增加整个冷却管路的抗振动性，可以在波纹管直接焊接金属直管。

第二优选方案

如图3～4所示，本实用新型根据光学设计，所选取的两个激光晶体冷却器1需横向垂直排布，金属波纹管5的长度可以根据A、B两个激光晶体冷却器的相对距离确定，并且有较大的调节余量，为了增加整个冷却管路的抗振动性，可以在波纹管直接焊接金属直管。激光晶体冷却器A、B之间的串接方式，以及进出水口的方向，可以根据实际情况更改。

第三优选方案

如图5所示，为一个典型的双晶体折叠型的固体激光器谐振腔，两个金属波纹管在垂直空间通过不同的高度的交错位置6和光学镜片7，组成了固体激光器的谐振腔，其中，8为泵浦光(图中以端泵浦为例)。

第四优选方案

结合图2～5所示，本优选方案与上述三个优选技术方案所述的区别在于，激光晶体冷却器1采用直接水冷的方式对激光晶体2进行散热，激光晶体2通常为棒状晶体(如Φ4mm×45mm)，冷却液直接与激光晶体2的侧面(非通光面)接触散热，可以更加迅速和均匀的带走激光晶体2的废热。而固体激光器的泵浦方式既可以是端泵浦，也可以是侧泵浦。本优选方案与上述三个优选技术方案的区别还在于棒状晶体与冷却液的接触面需要进行加强密封，以免出现渗漏。

第五优选方案

结合图2～5所示，本优选方案与上述四个优选技术方案所述的区别在于，在脉冲的固体激光器中，采用主动脉冲调制的Q开关需要散热，将上述四个优选技术方案的第二个激光晶体冷却器B换成电光或声光Q开关，通过串联或并联的方式对激光晶体和Q开关同时散热。Q开关可根据实际的产热情况和热流密度选择传导冷却和直接液冷的方式进行散热。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。