[发明专利]棒状激光放大器均匀冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及大功率固体棒状放大器的均匀冷却结构，能改善激光发射阶段增益介质的温度梯度，在冷却阶段能够有效的对棒状放大器进行均匀冷却的方法和结构。它是一种用于氙灯泵浦高功率激光放大器中，能实现对棒状放大器的有效均匀冷却。

背景技术

大功率放大器中，棒状放大器作为一个必不可少的放大单元，广泛应用在核约束聚变的研究装置中。在传统棒状放大器中，增益介质采用圆棒状，在聚光腔中用氙灯进行抽运，封在石英套管中采用冷却介质对其进行冷却。但是由于氙灯光谱的不连续性及在氙灯泵浦过程中的量子亏损效应，氙灯的大部分能量以热量的形式沉积在棒状放大器中。热量沉积会造成棒状放大器本身产生温度梯度，温度梯度的存在会引起通过棒状放大器的光束产生应力双折射以及热透镜效应，甚至会造成棒状放大器产生裂纹。为了消除温度梯度的不利影响，对棒状放大器进行有效的冷却是必须的。水对流冷却棒状放大器作为一种冷却快速，节能的冷却方式，被广泛应用于棒状放大器的冷却中。但是利用对流换热技术对棒状放大器进行冷却过程中，由于冷却水本身重力以及进口速度方向的影响，进入棒状放大器系统内的冷却介质在冷却通道内压力分布不均匀，冷却通道入口附近最低压力小于该处温度下被输送液体的饱和蒸汽压力时，液体便在冷却通道入口处开始气化而产生气泡；如果压力继续降低，气泡及其区域会逐渐增大和扩大，与此同时一部分原来可能溶解在液体中的某些活泼气体，也会由于压力降低而逸出重新成为气泡。产生的气泡随着液体不断被带走，又在原处不断产生新的气泡。当以上这些气泡随液流进入冷却通道高压区时，它们受压又会迅速凝缩甚至破碎消失。在气泡消失的瞬间，气泡周围的液体迅速进入气泡凝失产生的空穴，造成液体互相撞击。如果这些气泡在棒状放大器壁面附近破灭，则周围的液体以极高频率连续撞击棒状放大器表面。棒状放大器表面因冲击、疲劳而被破坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸馏水冷却棒状放大器的装置，以解决棒状激光放大器泵浦过程中的能量沉积引起的光束质量偏差以及冷却水在棒状放大器圆周周围的压力分布不均及气泡的产生。从而实现大功率棒状放大器的均匀冷却。

本发明的技术解决方案如下：

一种棒状激光放大器均匀冷却装置，其特点在于，该装置由密封套头、水套管、冷却介质和激光棒四部分组成：

所述的密封套头包括外螺钉、压管、外密封圈、水套头、分流圈、内密封圈、压圈和内螺钉，

所述的水套头是一个套筒，自内向外依次是具有不同直径的同轴的第一阶梯孔、第二阶梯孔、水孔、第三阶梯孔和第四阶梯孔，所述的第三阶梯孔的直径与所述的激光棒的外径相等，所述的水孔的直径大于所述的激光棒的外径，该水孔壁上设有进水口或出水口，所述的第二阶梯孔的直径大于所述的水孔的直径，所述的第一阶梯孔的直径大于所述的第二阶梯孔的直径，所述的第四阶梯孔的直径大于第三阶梯孔的直径，所述的水套头内端面的圆周设有多个第一螺孔，在水套头外端面的圆周设有多个第二螺孔；

所述的分流圈是一个圆环片，该分流圈的内径与所述的激光棒的直径相同，分流圈的外径与所述的水套管的外径及第二阶梯孔的直径相同，该圆环片的周向均匀地分布的3～9个斜孔，斜孔的轴线与所述的激光棒的轴线成30o～60o角度；

所述的压圈是一个圆环，该圆环的内径大于所述的激光棒的外径，且一面为平面，另一面具有由内凸圆环平面和外圆环平面构成的阶梯面，所述的内圆环平面的外径与所述的水套头的第一阶梯孔直径相同，所述的外圆环平面的内径与所述的水套头的第一阶梯孔直径相同，外圆环平面的外径与所述的水套头的外径相同，在所述的外圆环平面构成上该压圈的法兰面，具有与所述的水套头的第二螺孔相对应的通孔或螺孔；

所述的压管是一个具有外延伸边的套管，该套管的内径与所述的激光棒的直径相同，该套管的外径与所述的水套头的第四阶梯孔的直径相同，该压管的外延伸边具有与所述的水套头外端面的第二螺孔相对应的通孔或螺孔；