氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)制造技術(shù)

一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，包括：由多個(gè)互相獨(dú)立的氣嘴組成的氣嘴陣列、氣流控制模塊、增壓氣泵、真空泵、由多個(gè)半導(dǎo)體泵浦模塊二維排列構(gòu)成的半導(dǎo)體激光泵浦面陣、第一輸入氣管、第二輸入氣管和多根輸出氣管。本發(fā)明專利技術(shù)可通過(guò)氣嘴陣列對(duì)增益介質(zhì)表面不同區(qū)域產(chǎn)生大小可調(diào)的推力和拉力，從而具有調(diào)控面型的作用，對(duì)增益介質(zhì)面型調(diào)控過(guò)程中不存在剛性接觸，對(duì)增益介質(zhì)表面是柔性作用，不產(chǎn)生破壞，用于激活反射鏡構(gòu)型的激光器，實(shí)現(xiàn)對(duì)增益介質(zhì)面型的調(diào)控。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)
本專利技術(shù)涉及激光器，特別是一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)。
技術(shù)介紹
激活反射鏡構(gòu)型的激光器由于具有結(jié)構(gòu)緊湊，高通量，高提取效率等優(yōu)勢(shì)，是一類極具應(yīng)用潛力的高功率激光放大器。由于被放大的激光光束透過(guò)片狀激光增益介質(zhì)在其后表面反射，因此增益介質(zhì)的面型對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的波前和光束質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。有效解決在大口徑條件下增益介質(zhì)的面型質(zhì)量成為該類構(gòu)型激光器亟需解決的瓶頸問(wèn)題之一。目前對(duì)光學(xué)元件實(shí)施面型調(diào)控的方式主要依靠機(jī)械夾持過(guò)程中各個(gè)施力/支撐點(diǎn)預(yù)緊力的調(diào)整(周蕾，羅欣等。裝夾方式及預(yù)緊力對(duì)透鏡像差特性的影響規(guī)律[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2013,34(3)：498-503)，這種方式存在以下缺點(diǎn)：1)必須存在與光學(xué)元件表面的機(jī)械接觸。2)局部容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力。特別的，對(duì)于激活反射鏡構(gòu)型激光器中的片狀增益介質(zhì)，由于前后表面均要通光，因此，現(xiàn)有方法難以直接對(duì)通光部分(頂面)進(jìn)行支撐進(jìn)而對(duì)面型進(jìn)行調(diào)控，只能通過(guò)對(duì)介質(zhì)的邊緣(側(cè)面)夾持從而間接調(diào)控，調(diào)整的機(jī)制以“頂”和“壓”為主，缺少“拉”的方法。因此，現(xiàn)有的面型調(diào)整和控制手段對(duì)于激活反射鏡構(gòu)型的片狀增益介質(zhì)效果有限，往往難以滿足高質(zhì)量面型的要求(王亞洲。大口徑反射鏡組件安裝夾持工藝的理論分析與優(yōu)化。[M]清華大學(xué),2013:1-8)。利用氣體壓力作用代替直接機(jī)械接觸作用是一種現(xiàn)有成熟的技術(shù)手段,然而目前尚無(wú)氣壓驅(qū)動(dòng)的面型控制技術(shù)的報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，用于激活反射鏡構(gòu)型的激光放大器，通過(guò)嵌入半導(dǎo)體泵浦系統(tǒng)的氣嘴陣列向激光增益介質(zhì)不同區(qū)域施加正壓或者負(fù)壓達(dá)到“頂”和“拉”的效果，是一種柔性的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)面型的調(diào)整和控制。本專利技術(shù)技術(shù)解決方案如下：一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括：由多個(gè)互相獨(dú)立的氣嘴組成的氣嘴陣列、氣流控制模塊、增壓氣泵、真空泵、由多個(gè)半導(dǎo)體泵浦模塊二維排列構(gòu)成的半導(dǎo)體激光泵浦面陣、第一輸入氣管、第二輸入氣管和多根輸出氣管。所述的增壓氣泵和真空泵分別通過(guò)第一輸入氣管和第二輸入氣管與所述的氣流控制模塊的第一輸入端、第二輸入端相連，該氣流控制模塊的各輸出端分別經(jīng)所述的輸出氣管與所述的氣嘴的入氣口相連，所述的氣嘴陣列分布在所述的導(dǎo)體激光泵浦面陣的不同位置，且穿過(guò)對(duì)應(yīng)位置的半導(dǎo)體泵浦模塊的間隙，所述的氣嘴的出氣口正對(duì)增益介質(zhì)。所述的氣流控制模塊由多個(gè)輸入輸出單元構(gòu)成，每個(gè)輸入輸出單元包括第一調(diào)壓閥、第二調(diào)壓閥和三通；所述的第一調(diào)壓閥一端連通第一輸入氣管、第二調(diào)壓閥一端連通第二輸入氣管，所述的第一調(diào)壓閥和第二調(diào)壓閥的另一端均通過(guò)所述的三通連通所述的輸出氣管。所述的增益介質(zhì)為摻釹磷酸鹽玻璃，增壓氣泵為無(wú)油氣泵，恒定提供P+＝0.05MPa，第一調(diào)壓閥為氣體減壓閥，真空泵為無(wú)油螺桿泵，提供P-＝-0.09MPa，第二調(diào)壓閥為真空調(diào)壓閥。所述的氣嘴陣列為多路氣嘴，為耐高溫耐強(qiáng)光材料制成，如316不銹鋼或熔石英，氣嘴內(nèi)徑0.3～5mm。氣嘴出氣端正對(duì)片狀激光增益介質(zhì)，距離增益介質(zhì)表面0.3～5mm。氣嘴入氣端在半導(dǎo)體泵浦模塊的另一側(cè)。所述的氣流控制模塊輸入端通過(guò)兩根氣體管道分別于所述的增壓泵和所述的真空泵連接，輸出端為一組氣管組成的陣列，每一根輸出氣管與唯一對(duì)應(yīng)的氣嘴入口連接。在氣流控制模塊內(nèi)部，每一根輸出氣管通過(guò)一個(gè)三通連接兩個(gè)調(diào)壓閥的輸出口，兩個(gè)調(diào)壓閥的輸入口分別與連通增壓氣泵的輸入端氣管和連通真空泵的輸入端氣管連接。本專利技術(shù)所述機(jī)構(gòu)工作時(shí)，增壓氣泵提供恒定正壓，真空泵提供恒定負(fù)壓，調(diào)節(jié)氣流控制模塊中各個(gè)輸出氣管對(duì)應(yīng)的兩個(gè)調(diào)壓閥的開(kāi)合和大小，可以控制輸出氣管內(nèi)的氣壓的大小，進(jìn)而控制各個(gè)氣嘴出口處的氣壓大小，該處的氣壓通過(guò)氣嘴與增益介質(zhì)表面之間的氣體作用到增益介質(zhì)表面對(duì)應(yīng)的區(qū)域，在相關(guān)區(qū)域產(chǎn)生大小可調(diào)的推力(氣壓為正時(shí))和拉力(氣壓為負(fù)時(shí))，本專利技術(shù)所述的氣壓均為相對(duì)氣壓。本專利技術(shù)的技術(shù)效果：1)氣嘴陣列嵌入半導(dǎo)體泵浦模塊的間隙與泵浦面陣整合在一起，不占用額外的空間和體積。2)氣嘴陣列對(duì)泵浦光的傳輸不產(chǎn)生影響。3)可通過(guò)氣嘴陣列對(duì)增益介質(zhì)表面不同區(qū)域產(chǎn)生大小可調(diào)的推力和拉力，從而具有調(diào)控面型的作用。4)對(duì)增益介質(zhì)面型調(diào)控過(guò)程中不存在剛性接觸，對(duì)增益介質(zhì)表面是柔性作用，不產(chǎn)生破壞。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例的氣流控制模塊的原理示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)所述方法作進(jìn)一步說(shuō)明。該實(shí)施例以解釋本專利技術(shù)的方式提供，而非本專利技術(shù)的限制。先參閱圖1，圖1為本專利技術(shù)氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可見(jiàn)，本專利技術(shù)所述的氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，包括：由氣嘴1組成的陣列、氣流控制模塊2、增壓氣泵3、真空泵4、第一輸入氣管21、第二輸入氣管22、輸出氣管23。所述的多個(gè)相互獨(dú)立的氣嘴1組成的陣列分布在半導(dǎo)體激光泵浦面陣6不同的位置，穿過(guò)對(duì)應(yīng)位置半導(dǎo)體泵浦模塊61的間隙，氣嘴1的出口正對(duì)激光增益介質(zhì)7，氣流控制模塊2的兩根輸入氣管21，22分別與增壓氣泵3和真空泵4連通，氣流控制模塊2的輸出端為若干輸出氣管23，分別與對(duì)應(yīng)的氣嘴1入口連通。再參閱圖2，圖2為氣流控制模塊2的原理示意圖，由圖可見(jiàn)，所述的氣流控制模塊由多個(gè)輸入輸出單元構(gòu)成，每個(gè)輸入輸出單元包括第一調(diào)壓閥24、第二調(diào)壓閥25和三通26。所述的第一調(diào)壓閥24一端連通第一輸入氣管21、第二調(diào)壓閥25一端連通第二輸入氣管22，所述的第一調(diào)壓閥24和第二調(diào)壓閥25的另一端均通過(guò)所述的三通26連通所述的輸出氣管23。所述的氣嘴陣列中每一個(gè)氣嘴1互相獨(dú)立，工作原理如下：所述的增壓氣泵3使用的氣體為室溫的潔凈保護(hù)氣體，如氦氣或者氮?dú)猓诘谝徽{(diào)壓閥24輸入口一側(cè)產(chǎn)生P+的正氣壓，通過(guò)調(diào)節(jié)第一調(diào)壓閥24，在第一調(diào)壓閥24的輸出口一側(cè)可產(chǎn)生[0,P+]范圍內(nèi)的正氣壓；所述的真空泵4在第二調(diào)壓閥25輸入口一側(cè)產(chǎn)生P-的負(fù)氣壓，通過(guò)調(diào)節(jié)第二調(diào)壓閥25，在第二調(diào)壓閥25的輸出口產(chǎn)生[P-,0]范圍內(nèi)的負(fù)氣壓。通過(guò)控制和調(diào)整同一輸出氣管23連接的第一調(diào)壓閥24和第二調(diào)壓閥25的開(kāi)合以及輸出壓強(qiáng)的大小，通過(guò)三通26后，可以在氣流控制模塊中對(duì)應(yīng)的輸出氣管23產(chǎn)生[P-,P+]范圍內(nèi)的壓強(qiáng)，進(jìn)而對(duì)應(yīng)的氣嘴1出口處的壓強(qiáng)P∈[P-,P+]。-0.1MPa＜P-＜0,0＜P+≤0.2MPa。作用在增益介質(zhì)7表面對(duì)應(yīng)區(qū)域的作用力為F，F(xiàn)與P為正比關(guān)系。當(dāng)P＞0，氣嘴1對(duì)增益介質(zhì)7表面對(duì)應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生“推”的作用力為：F＝C+P(1)當(dāng)P＜0，氣嘴1對(duì)增益介質(zhì)7表面對(duì)應(yīng)區(qū)域產(chǎn)生“拉”的作用力為：F＝C_P(2)當(dāng)P＝0，氣嘴1對(duì)增益介質(zhì)7沒(méi)有作用力。C+,C-分別為P為正壓和負(fù)壓時(shí)的等效面積,單位為平方米，近似為常數(shù)，氣嘴陣列中每一個(gè)氣嘴1的正壓等效面積C+相同，每一個(gè)氣嘴1的負(fù)壓等效面積C-相同，由如下操作獲得：1)關(guān)閉連接真空泵4的第二調(diào)壓閥25，打開(kāi)連通增壓氣泵3的第一調(diào)壓閥24，調(diào)節(jié)第一調(diào)壓閥24大小得到一組被測(cè)氣嘴1出口壓強(qiáng){P+0,P+1...P+i}，要求i≥2本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，特征在于其構(gòu)成包括：由多個(gè)互相獨(dú)立的氣嘴(1)組成的氣嘴陣列、氣流控制模塊(2)、增壓氣泵(3)、真空泵(4)、由多個(gè)半導(dǎo)體泵浦模塊(61)二維排列構(gòu)成的半導(dǎo)體激光泵浦面陣(6)、第一輸入氣管(21)、第二輸入氣管(22)和多根輸出氣管(23)；所述的增壓氣泵(3)和真空泵(4)分別通過(guò)第一輸入氣管(21)和第二輸入氣管(22)與所述的氣流控制模塊(2)的第一輸入端、第二輸入端相連，該氣流控制模塊(2)的各輸出端分別經(jīng)所述的輸出氣管(23)與所述的氣嘴(1)的入氣口相連，所述的氣嘴陣列分布在所述的導(dǎo)體激光泵浦面陣(6)的不同位置，且穿過(guò)對(duì)應(yīng)位置的半導(dǎo)體泵浦模塊(61)的間隙，所述的氣嘴(1)的出氣口正對(duì)增益介質(zhì)(7)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氣壓驅(qū)動(dòng)的陣列式激光增益介質(zhì)面型調(diào)控機(jī)構(gòu)，特征在于其構(gòu)成包括：由多個(gè)互相獨(dú)立的氣嘴(1)組成的氣嘴陣列、氣流控制模塊(2)、增壓氣泵(3)、真空泵(4)、由多個(gè)半導(dǎo)體泵浦模塊(61)二維排列構(gòu)成的半導(dǎo)體激光泵浦面陣(6)、第一輸入氣管(21)、第二輸入氣管(22)和多根輸出氣管(23)；所述的增壓氣泵(3)和真空泵(4)分別通過(guò)第一輸入氣管(21)和第二輸入氣管(22)與所述的氣流控制模塊(2)的第一輸入端、第二輸入端相連，該氣流控制模塊(2)的各輸出端分別經(jīng)所述的輸出氣管(23)與所述的氣嘴(1)的入氣口相連，所述的氣嘴陣列分布在所述的導(dǎo)體激光泵浦面陣(6)的不同位置，且穿過(guò)對(duì)應(yīng)位置的半導(dǎo)體泵浦模塊(61)的間隙，所述的氣嘴(1)的出氣口正對(duì)增益介質(zhì)(7)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：桂珞，王建磊，馬明，施翔春，陳衛(wèi)標(biāo)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31