устройство охлаждения лазера

Формула изобретения

Устройство охлаждения лазера, состоящее из размещенных с одного торца корпуса квантрона патрубков подачи и отвода хладагента, связанных с теплообменником и насосом, и снабженное уплотнительными элементами, размещенными между торцами корпуса и отражателем, отличающееся тем, что уплотнительные элементы снабжены отверстиями, разделяющими полость охлаждения на камеру подачи хладагента, образованную внутренней поверхностью отражателя, и камеру отвода хладагента, образованную стенкой корпуса квантрона и наружной поверхностью отражателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, а именно к системам охлаждения твердотельных оптических квантовых генераторов, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники.

Известно устройство для охлаждения квантрона (осветителя) (в настоящее время более распостранен термин "квантрон", см. Приборы квантовой электроники./Под ред. Стельмаха М. С. М. Радио и связь, 1985, с. 46), остоящее из размещенных в корпусе квантрона патрубков подачи и отвода охлаждающего агента, в качестве которого используют воду, при этом патрубок отвода воды соединен с теплообменником с внешним контуром охлаждения, а патрубок ее подачи соединен с насосом, патрубки размещены с противоположных торцов корпуса квантрона [1, 2]

Известна также комбинированная система охлаждения для лазерных установок, состоящая из полости охлаждения лазера и неавтономной и автономной систем охлаждения, связанных между собой [3]

В известных устройствах охлаждение активного элемента, лампы накачки и отражателя реализуется однонаправленным потоком охлаждающего агента, что не исключает застойных явлений в квантроне. Кроме того, размещение патрубков подачи и отвода охлаждающего агента с противоположных торцов корпуса значительно удлиняет корпус лазера, т.е. увеличивает его массово- габаритные показатели.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство охлаждения лазера, содержащее размещенное в корпусе квантрона устройство подачи и отвода охлаждающего агента, в качестве которого используют воду, при этом устройство подачи и отвода воды представляет собой трубки с отверстиями, проходящие от одного торца корпуса квантрона до противоположного и снабженные с одного конца штуцерами, а с другого заглушками, трубка отвода воды соединена с теплообменником, снабженным внешним контуром охлаждения, а трубка ее подачи соединена с насосом, при этом вход и выход трубок размещены с одного торца корпуса [4]

Известное устройство имеет относительно небольшие массово-габаритные показатели, однако не позволяет добиться стабильности эксплуатационных характеристик лазера за счет образования застойных зон охлаждающего агента и частичного экранирования отражателя, что приводит к снижению КПД квантрона.

Техническая задача изобретения уменьшение массово-габаритных показателей при одновременном улучшении технико-эксплуатационных характеристик квантрона путем обеспечения стабильности работы излучателя за счет обеспечения равномерного охлаждения активного элемента по его поверхности, устранение застойных зон, минимизация скорости потока хладагента.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство охлаждения лазера состоит из размещенных с одного торца корпуса квантрона патрубков подачи и отвода хладагента, связанных с теплообменником и насосом и снабженных уплотнительными элементами, размещенными между торцами корпуса и отражателем, при этом последние снабжены отверстиями, разделяющими полость охлаждения на камеру подачи хладагента, образованную внутренней поверхностью отражателя, и камеру отвода хладагента, образованную стенкой корпуса квантрона и наружной поверхностью отражателя.

Сравнение предлагаемого излучателя с прототипом позволяет выявить следующие отличительные признаки: уплотнительные элементы с отверстиями, размещенные в торцах корпуса квантрона и выполняющие дополнительную функцию - распределение потока хладагента в полости квантрона;

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "Новизна".

В технике производства охлаждающих систем лазеров известен прием размещения входного и выходного отверстий хладагента на одной стороне корпуса квантрона, что позволяет уменьшить линейные размеры устройства.

Однако известные конструкции обеспечивают однонаправленный поток хладагента в полости квантрона. В предлагаемой конструкции уплотнительные элементы наряду с известной функцией фиксирования заданного положения отражателя выполняют функцию распределения потока хладагента, что позволяет разделить полость охлаждения на две камеры (камеру подачи хладагента, образованную внутренней поверхностью отражателя, и камеру отвода хладагента, образованную внешней поверхностью отражателя и корпусом квантрона), т.е. получить двунаправленный поток хладагента, распределенный по всему объему полости охлаждения, что в значительной степени устраняет застойные явления и повышает стабильность работы лазера. Кроме того, это позволяет уменьшить диаметр квантрона в поперечном сечении и минимизировать скорость потока хладагента, т.е. позволяет уменьшить массово-габаритные показатели лазера в целом.

В доступных источниках информации не обнаружено данных об известности заявляемой совокупности существенных признаков и достигаемого при этом результата, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематично изображен квантрон разрез; на фиг. 2 сечение А-А.

Устройство охлаждения лазера состоит из полости охлаждения, образованной корпусом квантрона 1 с торцами 2 и 3, внутри которого размещены отражатель 4, устройство накачки 5 и активный элемент 6. На торце 3 корпуса 1 установлены патрубок подачи хладагента 7 и патрубок его отвода 8. Уплотнительный элемент 9 размещен между торцом 3 корпуса квантрона 1 и отражателем 4. Уплотнительный элемент 9 перекрывает канал, образованный внешней стенкой отражателя 4 и корпуса 1, и снабжен отверстием 10 для подвода хладагента в полость охлаждения. Уплотнительный элемент 11 размещен между торцом 2 и отражателем 4, при этом элемент 11 снабжен отверстием 12 для отвода хладагента по пристенному каналу 13 через патрубок 8. Патрубки 7, 8 сообщены с теплообменником и насосом, образующими блок охлаждения.

В качестве хладагента используют воду. Корпус квантрона 1 выполнен герметичным. Уплотнительные элементы 9, 11 выполнены из термостойкого пластичного материала, например фторопласта. Отверстия 10, 12 имеют площадь сечения, соразмерную площади сечения патрубка подачи хладагента 7. Отражатель 4 выполнен в виде цилиндра с нанесенным диффузионным покрытием или в виде моноблока. В качестве теплообменника может быть использован воздушный радиатор или любое известное устройство с внешним контуром охлаждения.

Устройство работает следующим образом.

Воду через патрубок 7 подают в корпус квантрона 1. Проходя через отверстие 10 уплотнительного элемента 9, вода поступает в камеру, образованную внутренней поверхностью отражателя 4 с размещенными в ней активным элементом 6 и устройством накачки 5. Уплотнительный элемент 9 выполнен таким образом, что обеспечивает попадание воды из патрубка 7 внутрь отражателя 4 и последующий выход воды с внешней стороны отражателя 4 в патрубок 8. Проходя через камеру охлаждения в направлении от торца 3 к торцу 2, вода охлаждает активный элемент 6 и устройство накачки 5. Отработанная вода поступает в отверстие 12 уплотнительного элемента И, обеспечивающего беспрепятственный проход воды с внутренней стороны отражателя 4 на его внешнюю сторону. По пристенному каналу 13 в направлении от торца 2 к торцу 3 через патрубок 8 отводится из корпуса квантрона 1 в теплообменник. В теплообменнике воду охлаждают и насосом через патрубок подачи хладагента 7 снова подают в корпус квантрона 1.

Предлагаемая система охлаждения может быть использована в любых твердотельных лазерах с ламповой накачкой и позволяет разделить полость квантрона на 2 охлаждающие камеры внутреннюю и внешнюю. Использование предлагаемой конструкции системы охлаждения лазера позволит уменьшить массово-габаритные показатели, улучшить технико-эксплуатационные показатели квантрона за счет обеспечения стабильности работы излучателя путем обеспечения равномерного охлаждения поверхности активного элемента, что позволяет исключить образование оптических клиньев, практически устранить застойные зоны. Кроме того, использование предлагаемой конструкции позволит облегчить работу по сборке и разборке квантрона.

Источники информации

1. Справочник по лазерной технике. Пер. с немецкого. М. Энергоатомиздат, 1991, 51-74.

2. Лазер ЛТИ-410. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.970.204 ТО.1987.

3. Патент РФ N 4 2019015, кл. H О1 S 3/04, 1994.

4. Каталог унифицированных механических узлов "Комплект М". Минск: Красная звезда, МППО им. Я.Коласа, с. 29-32.