专利名称：激光器的非线性光学晶体的高温恒温加热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种激光器的非线性光学晶体的高温恒温加热装置，属于高功率激光器 件技术。
背景技术：
在激光技术中，通过非线性光学频率变换技术可以拓宽激光光谱波段，为激光加工、激 光医疗、光电对抗、材料光谱研究等领域提供宽波段的相干光源，这些光源不仅具有传统激 光器的优点，还有可调谐，输出波长可以变换等特点，成为当前激光器研究的热点之一。
非线性晶体是实现各种非线性光学频率变换的主要器件，为了实现高效的光学频率变换，
需要满足泵浦光在晶体内的相位匹配条件，非线性晶体的折射率是影响相位匹配的主要因素， 而大多数晶体的温度又影响着非线性晶体的折射率，因此激光器中，非线性晶体的温度需要 进行恒温控制，特别是在高功率非线性光学频率变换技术中，由于晶体吸收部分基频光和谐 波光，在内部产生热积累，导致晶体温度的变化，对于频率变化的效率和输出功率的稳定性 有着直接的影响。因此，非线性晶体的恒温控制是非线性光学频率变换中非常关键的问题。
通常，非线性晶体的温度是通过水循环设备或采用半导体制冷片来控制的，但这两种控 制方式都是在常温下进行的(即在10—3(TC之间)，对高于6(TC以上的温度控制就无能为力了。 像LBO晶体以及高温KTP晶体的倍频，工作都需要在100。C以上，而且控制精度也要求在土0.1。C。 目前市场上采用的电炉丝加热自然冷却的控温装置，存在着体积庞大、温控调整过程慢、高 功率倍频自然冷却量不够等缺点难以满足高功率内腔倍频激光器的应用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种激光器的非线性光学晶体的高温恒温加热装置，该髙温 恒温加热装置工作温度在50—300°C，加热精度为土0.1。C。
本实用新型是通过下述技术方案加以实现的， 一种激光器的非线性光学晶体的高温恒温 加热装置，该装置包括紫铜架l，紫铜架之外设置保温绝缘外壳9，保温绝缘外壳的一侧开设 通光孔IO，在另一侧开设控制端接口 8，待加热的非线性晶体2放置在紫铜架之内，在非线 性晶体的下面依次设置温度传感器3、加热电阻4及绝缘层5，紫铜架坐落在散热片7上，散 热片之下设置风扇6，其特征在于，该装置还包括PXW型号的双向系统控制单元11和型号 为AC DC10A的固态继电器12，并且紫铜架之内的温度传感器3与双向系统控制单元11的TEC端相连，紫铜架之内的加热电阻4与固态继电器12的交流端子相连，双向系统控制单元 11的DC端与固态继电器12的直流端子相连。
本实用新型的优点在于，装置结构简单，对激光器的非线性光学晶体进行高温加热，工 作温度在50 — 300。C，加热精度为土0.1。C。可广泛应用于高功率内腔倍频、光学参量振荡等 激光非线性光学频率变换科学研究等领域。
图1为本实用新型内部结构示意图。 图2为本实用新型系统结构示意图。
图中l为紫铜架；2为非线性晶体；3为温度传感器；4为加热电阻；5为绝缘层；6为
风扇；7为散热片；8为控制端接口； 9为保温绝缘外壳；10为通光孔；11为双向系统控制
单元；12为固态继电器。
图3为采用本实用新型加热非线性晶体的高功率陶瓷绿光激光器结构示意图。
图中13.为凹面全反镜；14为声光Q开关；15为高功率半导体激光器泵浦组件；16
为陶瓷Nd:YAG棒(06.45X146mm); 17为谐波反射镜；18为KTP晶体恒温控制器；19为
KTP倍频晶体；20为输出镜。
具体实施方式
下面以本实用新型应用于图3所示的高功率全固态绿光激光器的非线性晶体加热为例，
对本实用新型加以进一步说明
图3所示的高功率全固态绿光激光器，由80个20W二极管激光器泵浦组件15，.凹面全 反镜13，谐波反射镜17，激光介质为(()6.36xl46mm的陶瓷Nd:YAG棒16， KTP倍频晶体 18,同时配置声光Q开关14及输出镜19构成的平均输出功率达104W的532nm的绿光激光 器。当控制倍频晶体的温度在108士0.rC时，该激光器输出平均功率为104W，不稳定性小 于1%，重复频率10kHz。
采用本实用新型的具体技术方案为将非线性晶体(KTP倍频晶体18)放置于紫铜架l 中，紫铜架的尺寸为20(长)xl5(宽)xl5(高)mm;在非线性晶体的下方3mm处嵌入温度传感器 3，其型号为pt100，缝隙用导热硅脂填满以增加传热效果，温度传感器的输出端通过控制端 接口 8与双向系统控制单元11相连加热电阻4采用XD-16型电阻丝缠绕在 12(长)xl0(宽)x3(厚)mm的云母片上，做成100Q的加热电阻，紧贴紫铜架1放置温度传感器 的下方，加热电阻与散热片7中间为聚四氟乙烯绝缘层5，以保证加热电阻产生的热量只传 给紫铜架，加热电阻的输出端通过控制端接口 8与固态继电器12的交流端子相连；通过紫铜 架上的两个固定支架将紫铜架1与散热片7紧密相连，同时它们之间产生的压力也可以将加 热电阻4更加紧密的与紫铜架1接触，以增加导热效果；在散热片7的下方安装FAN5010无刷风扇，风扇的电源输入线与控制端接口 8相连，以达到散热片快速的散热；整个装置器件 安装完成后，将聚四氟乙烯绝缘材料做的保温绝缘外壳9安装在散热片之上，已达到紫铜架 保温的目的；双向系统控制单元采用富士公司生产的PXW型号双向系统控制单元；将pt100 温度传感器接在系统控制单元的TEC端，风扇通过控制端接口 8与双向系统控制单元11的 FAN端，将加热电阻和型号为AC DC10A的固态继电器交流端子串接连在220V交流电上， 将固态继电器的直流端子与双向系统控制单元的DC端连接;所有的连接都通过控制端接口 8 与系统控制单元内的相关器件连接。
将7x7xl0mm的KTP晶体放置在按照上述技术方案实现的恒温控制装置的非线性晶体位 置，然后将其放置在高功率内腔倍频全固态绿光激光器的谐波反射镜和输出镜之间，调整装 置的高度，使KTP倍频晶体的通光孔径的中心高度与激光器光轴一致；接通系统控制单元的 电源，设置双向系统控制单元的温度初始值108。C，此时KTP晶体温度低于设定值，通过温 度传感器pt100将KTP倍频晶体温度信号传递给双向系统控制单元，系统控制单元根据设定 值做出判断，控制固态继电器增大加热电阻丝的功率，同时切断风扇的电流，从而加热的速 度大于散热的速度，使KTP晶体的温度接近设定值；当KTP晶体温度高于设定值，温度传 感器pUOO将KTP倍频晶体温度信号传递给双向系统控制单元，系统控制单元根据设定值做 出判断，控制固态继电器减小加热电阻的功率，此时加热的速度小于散热的速度，从而使KTP 晶体的温度接近设定值，如此在不断加热制冷的动态平衡过程中保证KTP倍频晶体的温度保 持在一定的稳定工作温度范围内；当激光器功率增大时，谐振腔的功率密度增大，此时由于 KTP倍频晶体吸收了红外光和绿光，致使激光光束成为KTP晶体的另一个热源，散热片散热 的速度难以与加热达到平衡，这时系统控制装置启动风扇，提高散热片散热速度，从而维持 KTP晶体的温度能够保持在108°C，如此自动控制，是KTP晶体的温度漂移限制在iO.rC; 在激光器一定泵浦功率下，当控制倍频晶体的温度在108土0.rC时，该激光器输出平均功率 为104W，不稳定性小于1%,重复频率10kHz。
权利要求1.一种激光器的非线性光学晶体的高温恒温加热装置，该装置包括紫铜架(1)，紫铜架之外设置保温绝缘外壳(9)，保温绝缘外壳的一侧开设通光孔(10)，在另一侧开设控制端接口(8)，待加热的非线性晶体(2)放置在紫铜架之内，在非线性晶体的下面依次设置温度传感器(3)、加热电阻(4)及绝缘层(5)，紫铜架坐落在散热片(7)上，散热片之下设置风扇(6)，其特征在于，该装置还包括PXW型号的双向系统控制单元(11)和型号为AC～DC10A的固态继电器(12)，并且紫铜架之内的温度传感器(3)与双向系统控制单元(11)的TEC端相连，紫铜架之内的加热电阻(4)与固态继电器(12)的交流端子相连，双向系统控制单元(11)的DC端与固态继电器(12)的直流端子相连。
专利摘要本实用新型涉及一种激光器的非线性光学晶体的高温恒温加热装置，属于高功率激光器件技术。该装置包括紫铜架，其之外设置保温绝缘外壳，保温绝缘外壳的一侧开设通光孔，在另一侧开设控制端接口，非线性晶体放置在紫铜架之内，它的下面依次设置温度传感器、加热电阻及绝缘层，并坐落在散热片上，散热片之下设置风扇，还包括双向系统控制单元和固态继电器，温度传感器与双向系统控制单元的TEC端相连，加热电阻与固态继电器的交流端子相连，双向系统控制单元的DC端与固态继电器的直流端子相连。本实用新型的优点在于，装置结构简单，对激光器的非线性光学晶体进行高温加热，工作温度在50-300℃，加热精度为±0.1℃。
文档编号C30B33/02GK201071404SQ200720096478
公开日2008年6月11日 申请日期2007年6月21日 优先权日2007年6月21日
发明者姚建铨, 徐德刚, 李喜福 申请人:天津市浩波激光电子技术开发有限公司