一种He-Ne激光器加热结构的制作方法

一种he-ne激光器加热结构
技术领域
1.本实用新型涉及一种he-ne激光器加热结构，属于激光器技术领域。


背景技术：

2.he-ne激光器的频率稳定度是超精密测量的关键性能指标之一，激光外差干涉测量系统通常以双频he-ne激光器的波长作为测量标准进行长度、位移等物理量的测量，激光器的频率稳定度直接影响测量的精度。
3.双频he-ne激光器常用的稳频方法有兰姆凹陷稳频、饱和吸收稳频、塞曼效应稳频和双纵模稳频，这些稳频方法大多都是通过对激光器的谐振腔长度进行精确控制实现稳频，使激光管频率稳定。其中，双纵模稳频激光器由于其结构较为简单，控制策略容易实现，并且具有较高的频率稳定度而得到广泛应用。双纵模稳频激光器一般采用热控制实现激光器稳频，即在激光器的激光管谐振腔上紧密缠绕电阻丝，通过控制电阻丝的发热量实现激光管的腔体温度调节从而达到稳频控制的目的。
4.目前，市面上常见的双纵模稳频激光器大多数为自散热型激光器，这类激光器的工作温度通常在60-70℃，频率稳定度在10-8
量级。对于自散热型激光器，若激光器不能充分受热及散热，激光器出射频率达到稳定时的温度点受激光管温度与环境温度影响较大，导致每次达到稳频的温度点不同。同时，采用热稳频的激光器易受外界环境因素变化的影响，使激光器频率稳定性和复现性较差。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种he-ne激光器加热结构，以解决上述现有技术中存在的问题。
6.本实用新型采取的技术方案为：一种he-ne激光器加热结构，包括加热层，加热层布置在激光管外部，加热层外设置导热层，导热层外部设置隔热层。
7.优选的，上述加热层采用电阻丝均匀缠绕在激光管腔体外柱面上构成。
8.优选的，上述导热层由覆盖在加热层上的导热胶形成。
9.优选的，上述隔热层采用隔热材料制成。
10.本实用新型的有益效果：与现有技术相比，本实用新型的he-ne激光器加热结构，不仅提高了激光管的热均匀性，还提高了激光管抗环境干扰的能力，使激光器的稳频性能得到提升。
附图说明
11.图1是本实用新型的结构示意图；
12.图2是本实用新型的剖面结构示意图。
13.图中，1、激光管，2、加热层，3、导热层，4、隔热层，5、阴阳电极，6、放电管，7、谐振腔。
具体实施方式
14.下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。
15.实施例1：如图1-图2所示，一种he-ne激光器加热结构，包括加热层2，加热层2布置在激光管1外部，加热层2外设置导热层3，为了确保传热稳定性，需要对加热层进行隔绝，导热层3外部设置隔热层4，隔热层4采用隔热材料制成，采用保温材料的隔热层4能够起到降低热量损失，确保加热层温度传导稳定性。激光管的内部结构参数包括阴阳电极5、放电管6和谐振腔7。
16.上述加热层2采用电阻丝均匀缠绕在激光管腔体外柱面上构成。
17.为了提高激光管受热均匀性，上述导热层3由覆盖在加热层2上的导热胶形成，使用导热胶包裹电阻丝能够减小间隙并使电阻丝产生的热量均匀作用于激光管，激光管受热更均匀。
18.加热层2、导热层3和隔热层4主要通过热传导，将激光管1自身产生的热量和电阻丝产生的热量依次向外传递，而隔热层4与外界环境之间通过热对流进行热量交换，采用隔热层后，能够降低热量交换。
19.为了说明本发明的加热结构效果，进行如下仿真：
20.在本实施例中，激光管的热结构如图2所示，利用ansys中的geometry单元将热结构导入，对导入的结构进行软件优化算法处理后输入到icepak中。在icepak中进行激光管热结构材料参数的设置，分别为激光管使用的石英玻璃、阳极使用的钨棒、阴极使用的铝、电阻丝使用的镍铬合金、导热层使用的tx-fhc30混炼硅橡胶导热胶和隔热层使用的150ca30peek隔热材料，设置好各部分的材料参数后，可以对激光管加热结构模型的功耗进行设置，能够精确的模拟激光管实际的加热和散热情况。
21.以激光管加热结构模型的隔热层的厚度、隔热层材料的导热系数和电阻丝的布局方式为变量，在solidworks2019中建立不同激光管加热结构模型，并将其导入icepak中，利用icepak对不同的模型进行热仿真分析，并记录对应的激光管温度数据。根据激光管的温度数据，采取正交设计对激光管的加热结构进行优化设计，直到激光管的温度分布能够达到设计要求。
22.对激光管不采取任何控制，将其置于空气中的温度监测点数据如表1所示。
23.表1自然状态下的激光管温度监测点数据表
[0024][0025]
在激光管外加上电阻丝、导热层和隔热层，并通过icepak进行正交优化设计后得到的激光管温度监测点数据如表2所示。
[0026]
表2优化后的激光管温度监测点数据表
[0027][0028]
从激光管加热结构优化前后的温度数据可以看出，在优化之前激光管的最大温度为58.32℃，温度监测点的最大温差为7.5℃，而优化后的激光管由于加入了新的热源，激光管的最大温度上升为59.42℃，温度监测点的最大温差仅为0.49℃。通过优化设计后激光管
的温度分布差异明显减小，其温度分布差异小于1℃，优化效果良好，能够达到设计要求。
[0029]
采用热控制实现稳频的he-ne激光器的研究提供了一种简单明了的激光管加热结构，在分析热稳频激光器的激光管腔体温度分布差异较大的基础上，对激光管的加热结构进行优化，提高了激光管腔体的热均匀性，使激光器出射光的频率更稳定。
[0030]
本实用新型的he-ne激光器加热结构，对影响激光管热稳定的各个因素进行正交分析，得到了激光管加热结构各个部分的最优参数，不仅提高了激光管的热均匀性，还提高了激光管抗环境干扰的能力，使激光器的稳频性能得到提升。
[0031]
本实用新型通过优化后的he-ne激光器加热结构，改善了激光管的温度分布情况，提高了激光管的热均匀性，使激光管的轴向温度分布波动缩小至0.5℃左右，减小了激光管腔长的变化，从而提高激光频率的稳定性。经过测试表明，设计的双纵模热稳频he-ne激光器，短期频率稳定度为1.47
×
10-9
/h，长期频率稳定度为7.4
×
10-9
/24h。
[0032]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种he-ne激光器加热结构，包括加热层（2），加热层（2）布置在激光管（1）外部，其特征在于：加热层（2）外设置导热层（3），导热层（3）外部设置隔热层（4）。2.根据权利要求1所述的一种he-ne激光器加热结构，其特征在于：加热层（2）采用电阻丝均匀缠绕在激光管腔体外柱面上构成。3.根据权利要求1或2所述的一种he-ne激光器加热结构，其特征在于：导热层（3）由覆盖在加热层（2）上的导热胶形成。4.根据权利要求1或2所述的一种he-ne激光器加热结构，其特征在于：隔热层（4）采用隔热材料制成。

技术总结
本实用新型公开了一种He-Ne激光器加热结构，包括加热层，加热层布置在激光管外部，加热层外设置导热层，导热层外部设置隔热层。本实用新型的He-Ne激光器加热结构，不仅提高了激光管的热均匀性，还提高了激光管抗环境干扰的能力，使激光器的稳频性能得到提升。使激光器的稳频性能得到提升。使激光器的稳频性能得到提升。


技术研发人员：谭浩楠 朱凌建 姜欢 崔强 朱佳祥 张芷民
受保护的技术使用者：西安铉光科技有限公司
技术研发日：2022.08.11
技术公布日：2022/11/4