[发明专利]用于管理光学元件中的热的设备及相关的热管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于光学元件的热管理的设备。

本发明还涉及一种用于管理光学元件的温度的与所述设备相关的热管理方法。

本发明的领域具体是但不限于用于产生连续光束或光脉冲的固体激光器的冷却的领域。

背景技术

在现有技术中已知一种用于包括通过部分浸入液氮浴中来冷却的增益介质（光学元件）的光学元件的热管理的设备。

该设备的一个缺点是其并不提供任何温度调节的可能性，所述温度仅由液氮的温度来确定。

在现有技术中还已知一种用于包含板形增益介质（光学元件）的光学元件的热管理的设备，所述板形增益介质在传输中起作用，并且在环境温度（大约300开氏度（K））下由高速氦气流在任一侧冷却。

该设备的一个缺点是氦气喷射压力可能导致增益介质以及沉积于增益介质和氦气流之间的接触表面上的任何反射处理物的劣化。

该设备的另一个缺点是其机械不稳定性，这是因为气体喷射导致整个设备的振动。

该设备的另一个缺点是它需要沉重的基础结构，特别是在提供用于在高压下循环氦气的系统的情况下。

在现有技术中还已知一种用于光学元件的热管理的设备，其中由保持在所需温度下的铜板形成的冷源被粘到增益介质用于冷却。

该设备的一个缺点是，增益介质和冷源之间的胶层可能吸收部分激光，因此升温，然后导致增益介质以及可能已经沉积于增益介质和胶层之间的接触表面上的任何反射处理物的劣化。

该设备的另一个缺点是，增益介质和冷源之间的胶层可能改变（通过化学或机械作用）增益介质以及可能沉积于增益介质和胶层之间的接触表面上的任何反射处理物。

本发明的一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，其不具有现有技术的缺点。

具体地，本发明的一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，使得光学元件以及沉积于所述材料上的任选的处理物不会变差。

本发明的另一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，其允许调节光学元件的温度。

本发明的另一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，其实施简单且廉价。

本发明的另一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，使得获得高机械稳定性。

本发明的另一个目的在于提出一种用于光学元件的热管理的设备以及相关的热管理方法，使得在光学元件和参考温度下的材料之间获得最佳能量传递能力。

“最佳”指的是“允许将光学元件的温度调节至所需的最佳值”。

发明内容

该目的通过用于光学元件的热管理的设备来实现。

根据本发明的设备包括：

-光学元件；

-参考温度下的材料；和

-直接位于参考温度下的材料和光学元件之间的中间气体层，所述中间气体层在其至少一部分厚度上处于由中间气体层的厚度限定的被称为“瞬态”的扩散状态，使得中间气体层中气体分子的平均自由程与所述厚度的比值在0.1和10（包括端点）之间。

在下文中，这可以被简称为“瞬态状态”。

光学元件被定义为可以改变电磁波的传播方向、振幅、相位、波长或偏振的任何元件以及可以产生电磁波的任何元件。

该电磁波的波长可以有利地在10^-8m和10^-3m之间。

优选地，中间气体层至少在与参考温度下的材料的界面和与光学元件的界面中的最冷的界面处处于瞬态扩散状态。

中间气体层可以从所述最冷的界面开始在其至少一部分厚度上沿着朝向另一界面的方向处于瞬态扩散状态。

例如该厚度可以在中间气体层总厚度的80％和98％之间。

“瞬态”状态表示其中中间气体层中的热交换优选通过气体分子与所述层的容器壁的碰撞而不是通过气体分子彼此之间的碰撞而进行的状态。

这些状态被称为瞬态，是因为它们位于以下状态之间：

-所谓的“分子”状态，其中中间气体层中的热交换优选通过气体分子彼此之间的碰撞而进行；和

-其中中间气体层中的热交换几乎完全（例如超过90%）通过气体分子与气体层的容器壁的碰撞而进行的状态。

在这些瞬态状态下，中间气体层的热导率尤其取决于中间气体层的厚度、其压力和其温度。

中间气体层在一侧与参考温度下的材料和在另一侧与光学元件在各自整个的接触表面上分别有利地直接接触。