[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2597941C2 - Optical amplifier head with diode pumping (versions) - Google Patents

Optical amplifier head with diode pumping (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2597941C2
RU2597941C2 RU2014135348/28A RU2014135348A RU2597941C2 RU 2597941 C2 RU2597941 C2 RU 2597941C2 RU 2014135348/28 A RU2014135348/28 A RU 2014135348/28A RU 2014135348 A RU2014135348 A RU 2014135348A RU 2597941 C2 RU2597941 C2 RU 2597941C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channels
housing
holders
input
output
Prior art date
Application number
RU2014135348/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014135348A (en
Inventor
Анатолий Александрович Абышев
Юрий Дмитриевич Арапов
Александр Александрович Гладилин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом"), Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом")
Priority to RU2014135348/28A priority Critical patent/RU2597941C2/en
Publication of RU2014135348A publication Critical patent/RU2014135348A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2597941C2 publication Critical patent/RU2597941C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. Diode pumped optical amplifier head comprises encased: an active element in form of a rod, matrix of laser diodes arranged regularly on holders, and cooling system containing tube encircling the active element to make a circular channel δ, channels arranged in the housing and each holder, inlet, outlet branch pipes and made in the housing inlet and outlet manifolds, tube is made from material transparent for pumping radiation. Cooling system is in form of a single contour, and the housing of the optical amplifier head is composed of cylinder.
EFFECT: technical result consists in possible reduction of hydraulic resistance of the cooling system.
5 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой, в частности к элементам накачки и системам их охлаждения, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники.The invention relates to diode-pumped solid-state lasers, in particular to pump elements and their cooling systems, and can be used in the manufacture of laser technology.

Известна оптическая усилительная головка (ОУГ) с диодной накачкой, состоящая из размещенных в корпусе активного элемента (АЭ) в виде стержня, матриц лазерных диодов (МЛД), расположенных на держателях, и системы охлаждения (СО), содержащей трубку, охватывающую АЭ с образованием кольцевого канала, и каналы, расположенные в корпусе и держателях, с входным и выходным патрубками. Каналы расположены также в МЛД, которые выполнены в виде блоков линеек лазерных диодов и расположены под углом 90° к оси АЭ. Устройство снабжено демпфирующими элементами, установленными на обоих торцах трубки, в качестве демпфирующих элементов использованы прокладки (патент США №6101208, H01S 3/0941, 1997 г.).Known optical amplification head (OUG) with diode pumping, consisting of placed in the housing of the active element (AE) in the form of a rod, matrix of laser diodes (MLD) located on the holders, and a cooling system (CO) containing a tube covering the AE with the formation annular channel, and channels located in the housing and holders, with inlet and outlet pipes. The channels are also located in the MLD, which are made in the form of blocks of rulers of laser diodes and are located at an angle of 90 ° to the axis of the AE. The device is equipped with damping elements mounted on both ends of the tube, gaskets are used as damping elements (US patent No. 6101208, H01S 3/0941, 1997).

В этом устройстве охлаждение АЭ и МЛД происходит за счет высокой скорости потока охлаждающей жидкости (ОЖ). Поддержание постоянной температуры ОЖ позволяет продлить срок службы МЛД и обеспечить постоянные и устойчивые выходные параметры ОУГ.In this device, the cooling of the AE and MLD occurs due to the high flow rate of the coolant (coolant). Maintaining a constant coolant temperature allows you to extend the life of the MLD and to provide constant and stable output parameters of the exhaust gas.

Однако неравномерное и неполное заполнение излучением накачки АЭ приводит к образованию неоднородных областей возбуждения, возникновению термомеханических напряжений внутри АЭ, что может привести к выходу его из строя. Неравномерность заполнения излучением накачки АЭ приводит также и к снижению эффективности накачки. Расположение охлаждающих каналов в матрицах лазерных диодов не оптимально, так как расстояние от МЛД до охлаждающих каналов не минимально, как следствие этого падает эффективность отвода тепла с нагретой поверхности МЛД. Это может привести к снижению качества охлаждения МЛД и уменьшению запасенной в инверсной населенности энергии.However, uneven and incomplete filling of the AE pump radiation leads to the formation of inhomogeneous excitation regions, the appearance of thermomechanical stresses inside the AE, which can lead to its failure. The uneven filling of the AE pump radiation also leads to a decrease in the pump efficiency. The location of the cooling channels in the matrices of laser diodes is not optimal, since the distance from the MLD to the cooling channels is not minimal, as a result of which the efficiency of heat removal from the heated surface of the MLD decreases. This can lead to a decrease in the quality of MLD cooling and a decrease in the energy stored in the inverse population.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является ОУГ с диодной накачкой, состоящая из размещенных в корпусе АЭ в виде стержня, МЛД, расположенных равномерно на держателях и обращенных излучающей областью к АЭ, и СО, содержащей трубку, охватывающую АЭ с образованием кольцевого канала δ, каналов, расположенных в корпусе и каждом держателе, входного, выходного патрубков и выполненных в корпусе входного и выходного коллекторов, из которых выходят каналы, соединенные с поворотными каналами, выполненными в держателях, размещенных в отверстиях, выполненных на внешней поверхности корпуса, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки (патент РФ №2498467, МПК H01S 3/0933, 3/042, опубл. 2013 г.).The closest analogue of the claimed invention, selected as a prototype, is a diode-pumped COG, consisting of a rod located in the AE body, MLD located uniformly on the holders and facing the AE by the emitting region, and a CO containing a tube covering the AE to form ring channel δ, channels located in the housing and each holder, inlet and outlet pipes and made in the housing of the inlet and outlet manifolds, from which channels connected to the rotary channels exit holders located in holes made on the outer surface of the housing, the tube is made of a material transparent to pump radiation (RF patent No. 2498467, IPC H01S 3/0933, 3/042, publ. 2013).

Расположение МЛД равномерно вокруг АЭ позволяет равномерно заполнить АЭ излучением накачки, что уменьшает в нем термические напряжения, а также повышает эффективность накачки. Выполнение СО из двух независимых контуров охлаждения позволяет независимо регулировать и поддерживать оптимальную температуру для МЛД и АЭ.The location of the MLD evenly around the AE makes it possible to uniformly fill the AE with pump radiation, which reduces the thermal stresses in it and also increases the pump efficiency. The implementation of CO from two independent cooling circuits allows you to independently adjust and maintain the optimum temperature for MLD and AE.

Однако наличие двух контуров охлаждения требует либо наличие двух внешних СО или одной внешней СО и внешнего устройства распределения потоков ОЖ между контурами, что приводит к усложнению схемы охлаждения ОУГ. Применение МЛД с охлаждающими каналами малого сечения и, в особенности, их последовательного соединения приводит к увеличению гидравлического сопротивления ОУГ. При использовании АЭ малого (по сравнению с шириной излучающей области МЛД) диаметра, значительная часть излучения накачки в него не попадет, а значительная часть попавшего в него излучения накачки не поглотится. Это приведет к снижению кпд доставки излучения накачки до АЭ и, как следствие, к уменьшению запасенной в инверсной населенности энергии. А также ОУГ с двумя контурами охлаждения содержит большое число деталей и имеет большие габариты и массу.However, the presence of two cooling circuits requires either the presence of two external CO or one external CO and an external device for distributing coolant flows between the circuits, which leads to a complication of the cooling circuit of the exhaust gas. The use of MLD with cooling channels of a small cross section and, in particular, their series connection leads to an increase in the hydraulic resistance of the OGG. When using AE with a small diameter (compared with the width of the MLD radiating region), a significant part of the pump radiation will not get into it, and a significant part of the pump radiation that gets into it will not be absorbed. This will lead to a decrease in the efficiency of delivery of pump radiation to the AE and, as a result, to a decrease in the energy stored in the inverse population. And also an OUG with two cooling circuits contains a large number of parts and has large dimensions and mass.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - увеличение кпд ОУГ, а также снижение габаритов и массы.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of the OUG, as well as reduce the size and weight.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - уменьшение гидравлического сопротивления СО, упрощение схемы охлаждения, увеличение запасенной в инверсной населенности энергии.The technical result obtained by using the proposed technical solution is to reduce the hydraulic resistance of CO, simplify the cooling scheme, increase the energy stored in the inverse population.

Сущность первого варианта заключается в том, что в ОУГ с диодной накачкой, состоящей из размещенных в корпусе: АЭ в виде стержня, МЛД, расположенных равномерно на держателях и обращенных излучающей областью к АЭ, и СО, содержащей трубку, охватывающую АЭ с образованием кольцевого канала δ, каналы, расположенные в корпусе и каждом держателе, входной, выходной патрубки и выполненные в корпусе входной и выходной коллекторы, из которых выходят каналы, соединенные с поворотными каналами, выполненными в держателях, размещенных в отверстиях, выполненных на внешней поверхности корпуса, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки, особенность заключается в том, что СО выполнена в виде единого контура и содержит дроссель с каналами, установленный между входным коллектором и кольцевым каналом, соединенные с входным и выходным патрубками входной и выходной дополнительные коллекторы, размещенные в одном из держателей, и каналы, выполненные в корпусе и соединяющие входной и выходной коллекторы с дополнительными входным и выходным коллекторами, диаметр поворотных каналов превышает диаметр каналов держателей, каналы дросселя соединяют входной коллектор с кольцевым каналом, который соединяется с выходным коллектором, дополнительные входной и выходной коллекторы соединены каналом держателя, а корпус выполнен в виде цилиндра.The essence of the first option lies in the fact that in an OGD with diode pumping, consisting of: AE in the form of a rod, MLD located uniformly on the holders and facing the AE by the emitting region, and CO containing a tube surrounding the AE with the formation of an annular channel δ, the channels located in the housing and each holder, the inlet and outlet nozzles and the inlet and outlet manifolds made in the housing, from which the channels connected to the rotary channels made in the holders located in the holes exit, made On the outer surface of the casing, the tube is made of a material transparent for pump radiation, the feature is that the CO is made in the form of a single circuit and contains a choke with channels installed between the input collector and the annular channel, connected to the input and output nozzles of the input and output additional collectors located in one of the holders, and channels made in the housing and connecting the input and output collectors with additional input and output collectors, the diameter of catch exceeds the diameter of the holders channels throttle inlet manifold channels connect to an annular channel which is connected to the outlet manifold, additional input and output are connected to the collectors of the holder channel, and the housing is formed as a cylinder.

Всей совокупностью перечисленных признаков обеспечивается оптимальный режим работы ОУГ. Этого добились за счет следующего: для охлаждения АЭ и МЛД используется один внешний контур охлаждения, для согласования гидравлического сопротивления канала охлаждения АЭ с гидравлическим сопротивлением каналов охлаждения МЛД в контуре охлаждения применен дроссель; отверстия в дросселе расположены равномерно по окружности, что позволяет получить равномерный поток ОЖ вдоль АЭ; диаметр поворотных каналов превышает диаметр основных каналов держателей; держатели взяли на себя функцию теплообменников МЛД. Таким образом, достигается уменьшение гидравлического сопротивления СО при упрощении схемы охлаждения, а также увеличение запасенной в инверсной населенности энергии и решается задача увеличения кпд ОУГ при снижении габаритов и массы всей конструкции.The whole set of these features ensures the optimal mode of operation of the OAG. This was achieved due to the following: for cooling the AE and MLD, one external cooling circuit is used, to match the hydraulic resistance of the cooling channel of the AE with the hydraulic resistance of the cooling channels of the MLD, a choke is used in the cooling circuit; the holes in the throttle are evenly distributed around the circumference, which allows to obtain a uniform coolant flow along the AE; the diameter of the rotary channels exceeds the diameter of the main channels of the holders; holders assumed the function of MLD heat exchangers. Thus, a decrease in the hydraulic resistance of CO is achieved with a simplification of the cooling scheme, as well as an increase in the energy stored in the inverse population, and the problem of increasing the efficiency of the CVG with a decrease in the dimensions and mass of the entire structure is solved.

Сущность второго варианта изобретения заключается в том, что в ОУГ с диодной накачкой, состоящей из размещенных в корпусе: АЭ в виде стержня, МЛД, расположенных равномерно на держателях и обращенных излучающей областью к АЭ, и СО, содержащей трубку, охватывающую АЭ с образованием кольцевого канала δ, каналы, расположенные в корпусе и каждом держателе, входной, выходной патрубки и выполненные в корпусе входной и выходной коллекторы, из которых выходят каналы, соединенные с поворотными каналами, выполненными в держателях, размещенных в отверстиях, выполненных на внешней поверхности корпуса, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки, особенность заключается в том, что торцы АЭ закреплены в прижимах, установленных в корпусе, СО выполнена в виде единого контура и содержит каналы, выполненные в прижимах, входной и выходной дополнительные коллекторы, образованные прижимами, трубкой и АЭ, и каналы, выполненные в корпусе и соединяющие входной и выходной патрубки с входным и выходным коллекторами, которые соединяются с каналами прижимов, при этом диаметр поворотных каналов держателей превышает диаметр каналов держателей, каналы прижимов соединяются с дополнительными входным и выходным коллекторами, которые соединяются с кольцевым каналом, а корпус выполнен в виде цилиндра.The essence of the second embodiment of the invention lies in the fact that in an OGC with diode pumping, consisting of: AE in the form of a rod, MLD located uniformly on the holders and facing the AE by the emitting region, and CO containing a tube covering the AE with the formation of a ring channel δ, channels located in the housing and each holder, inlet and outlet pipes and made in the housing of the input and output manifolds, from which channels connected to the rotary channels made in holders placed in the hole On the outer surface of the casing, the tube is made of a material transparent for pump radiation, the feature is that the ends of the AE are fixed in the clamps installed in the casing, the CO is made in the form of a single circuit and contains channels made in the clamps, the input and output additional collectors formed by clamps, a tube and AE, and channels made in the housing and connecting the input and output nozzles to the input and output collectors that are connected to the clamp channels, while the diameter is tnyh channels exceeds the channel diameter holders holders, clamps channels connected to the additional inlet and outlet manifolds which are connected to the annular channel, and the housing is formed as a cylinder.

Принцип действия ОУГ по второму варианту аналогичен работе ОУГ по первому варианту. А достигаемый при этом технический результат такой же, как и при осуществлении устройства по первому варианту. Для повышения запасенной в инверсной населенности энергии ОУГ может быть снабжена размещенными напротив каждой МЛД отражателями, установленными в отверстиях корпуса на держателях.The principle of operation of the OAC in the second embodiment is similar to the operation of the OCA in the first embodiment. And the technical result achieved in this case is the same as when implementing the device according to the first embodiment. To increase the energy stored in the inverse population, the OGG can be equipped with reflectors placed opposite each MLD installed in the openings of the housing on the holders.

Для повышения запасенной в инверсной населенности энергии каждая МЛД может быть снабжена линзой, установленной на поверхности МЛД, обращенной к АЭ.To increase the energy stored in the inverse population, each MLD can be equipped with a lens mounted on the MLD surface facing the AE.

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.When conducting analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, no analogues were found that are characterized by features that are identical to all the essential features of this invention. The definition from the list of identified analogues of the prototype as the closest in the set of essential features of the analogue, allowed to identify the set of essential distinguishing features from the prototype set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».Therefore, the claimed invention meets the condition of "novelty."

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».To verify the conformity of the claimed invention with the condition "inventive step", the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify signs that match the distinctive features of the claimed device from the prototype. As a result of the search, no technical solutions with these characteristics were identified. On this basis, we can conclude that the claimed invention meets the condition of "inventive step".

На фиг. 1 представлен продольный разрез ОУГ по первому варианту.In FIG. 1 shows a longitudinal section of the OGG in the first embodiment.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез ОУГ по первому варианту.In FIG. 2 shows a transverse section of the OGG according to the first embodiment.

На фиг. 3 представлен дроссель.In FIG. 3 shows the throttle.

На фиг. 4 представлен поперечный разрез ОУГ по первому варианту с линзами.In FIG. 4 shows a transverse section of the OGG in the first embodiment with lenses.

На фиг. 5 представлен продольный разрез ОУГ по второму варианту.In FIG. 5 shows a longitudinal section of the OGG according to the second embodiment.

На фиг. 6 представлен поперечный разрез ОУГ второму варианту.In FIG. 6 is a cross-sectional view of the OGG to the second embodiment.

На фиг. 7 представлен разрез А-А на фиг. 5.In FIG. 7 shows a section aa in FIG. 5.

На фиг. 8 представлен поперечный разрез ОУГ по второму варианту с линзами и отражателями.In FIG. 8 is a transverse section of an OGG in a second embodiment with lenses and reflectors.

ОУГ с диодной накачкой по первому варианту (фиг. 1-3) содержит выполненный в виде полого цилиндра корпус 1, в котором установлен АЭ 2 в виде стержня, торцы которого закреплены в прижимах 3, 4, установленных в корпусе. На внешней поверхности корпуса 1 выполнены отверстия (не показаны) для размещения держателей 5 МЛД 6. МЛД 6 расположены равномерно на поверхности корпуса 1 и обращены к АЭ излучающей областью.The diode-pumped COG according to the first embodiment (Fig. 1-3) contains a housing 1 made in the form of a hollow cylinder, in which AE 2 is installed in the form of a rod, the ends of which are fixed in clamps 3, 4 installed in the housing. Holes (not shown) are made on the outer surface of the housing 1 to accommodate the holders 5 of the MLD 6. The MLD 6 is located uniformly on the surface of the housing 1 and faces the AE by the radiating region.

СО ОУГ выполнена в виде единого контура для охлаждения АЭ и МЛД. СО содержит трубку 7, охватывающую АЭ 2 с образованием кольцевого канала δ, входной и выходной патрубки 8, 9 и входной и выходной коллекторы 10, а также дополнительные входной и выходной коллекторы 11, дроссель 12 и каналы a, b, c, d, e, расположенные в корпусе 1, держателях 5 и дросселе 12 (фиг. 3). Трубка 7 выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки (например: стекло, плавленый кварц, лейкосапфир и т.д.). Внешний диаметр и толщина трубки рассчитываются, исходя из требуемой фокусировки излучения накачки. Кольцевой канал δ формирует слой ОЖ, охлаждающий АЭ.СО ОУГ is made in the form of a single circuit for cooling AE and MLD. CO contains a tube 7, covering AE 2 with the formation of an annular channel δ, input and output pipes 8, 9 and input and output headers 10, as well as additional input and output headers 11, a choke 12 and channels a, b, c, d, e located in the housing 1, the holders 5 and the inductor 12 (Fig. 3). The tube 7 is made of a material transparent to pump radiation (for example: glass, fused quartz, leucosapphire, etc.). The outer diameter and thickness of the tube are calculated based on the required focusing of the pump radiation. The annular channel δ forms a coolant layer cooling the AE.

Дроссель 12 установлен между входным коллектором 10 и кольцевым каналом δ. Каналы с дросселя 12 соединяют входной коллектор 10 с кольцевым каналом δ, который в свою очередь соединяется с выходным коллектором 10.The inductor 12 is installed between the input manifold 10 and the annular channel δ. The channels from the inductor 12 connect the input collector 10 to the annular channel δ, which in turn is connected to the output collector 10.

Дополнительные входной и выходной коллекторы 11 размещены в одном из держателей 5 и соединяются с входным и выходным патрубками 8, 9. Между собой дополнительные коллекторы 11 соединены каналом b держателя.Additional input and output collectors 11 are located in one of the holders 5 and are connected to the input and output pipes 8, 9. Between themselves, additional collectors 11 are connected by the channel b of the holder.

Остальные держатели 5 снабжены поворотными каналами e, соединяющимися с каналами b держателей и каналами d корпуса 1, выходящими из входного и выходного коллекторов 10. При этом диаметр поворотных каналов e превышает диаметр каналов b держателей 5.The remaining holders 5 are provided with rotary channels e, connected to the channels b of the holders and channels d of the housing 1, emerging from the input and output headers 10. Moreover, the diameter of the rotary channels e exceeds the diameter of the channels b of the holders 5.

СО содержит выполненные в корпусе 1 каналы a, которые соединяют входной и выходной коллекторы 10 с дополнительными входным и выходным коллекторами 11.CO contains channels a made in the housing 1, which connect the input and output collectors 10 with additional input and output collectors 11.

Трубка 7 установлена в корпусе с помощью прижима 13.The tube 7 is installed in the housing using the clip 13.

Каждая МЛД 6 может быть снабжена линзой 14, установленной на поверхности МЛД, обращенной к АЭ 2 (фиг. 4).Each MLD 6 can be equipped with a lens 14 mounted on the surface of the MLD facing AE 2 (Fig. 4).

ОУГ с диодной накачкой по второму варианту (фиг. 5-7) содержит выполненный в виде полого цилиндра корпус 1, в котором установлен АЭ 2 в виде стержня, торцы которого закреплены в прижимах 4, 15, установленных в корпусе 1. На внешней поверхности корпуса 1 выполнены отверстия (не показаны) для размещения держателей 5 МЛД 6, которые расположены равномерно на поверхности корпуса и обращены излучающей областью к АЭ 2.The diode-pumped COG according to the second embodiment (Fig. 5-7) contains a housing 1 made in the form of a hollow cylinder, in which AE 2 is installed in the form of a rod, the ends of which are fixed in clamps 4, 15 installed in the housing 1. On the outer surface of the housing 1, holes (not shown) are made to accommodate holders 5 of the MLD 6, which are uniformly located on the surface of the body and face the radiating region to AE 2.

СО ОУГ выполнена в виде единого контура для охлаждения АЭ и МЛД. СО содержит трубку 7, охватывающую АЭ 2 с образованием кольцевого канала δ, входной и выходной патрубки 8, 9 и входной и выходной коллекторы 10, а также дополнительные входной и выходной коллекторы 16 и охлаждающие каналы b, d, e, f, g, расположенные в корпусе 1, прижимах 15 и держателях 5. Трубка 7 выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки (например: стекло, плавленый кварц, лейкосапфир и т.д.). Внешний диаметр и толщина трубки рассчитываются, исходя из требуемой фокусировки излучения накачки. Кольцевой канал δ формирует слой ОЖ, охлаждающий АЭ. Входной и выходной патрубки 8, 9, благодаря наличию свободного пространства между держателями 5, расположены непосредственно на корпусе 1. Это позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление ОУГ и упростить ее конструкцию (по сравнению с первым вариантом).СО ОУГ is made in the form of a single circuit for cooling AE and MLD. CO contains a tube 7, covering AE 2 with the formation of an annular channel δ, input and output pipes 8, 9 and input and output headers 10, as well as additional input and output headers 16 and cooling channels b, d, e, f, g, located in the housing 1, clamps 15 and holders 5. The tube 7 is made of a material transparent to pump radiation (for example: glass, fused quartz, leucosapphire, etc.). The outer diameter and thickness of the tube are calculated based on the required focusing of the pump radiation. The annular channel δ forms a coolant layer cooling the AE. The inlet and outlet pipes 8, 9, due to the presence of free space between the holders 5, are located directly on the housing 1. This allows you to reduce the hydraulic resistance of the OGG and simplify its design (compared with the first option).

Трубка 7 установлена в корпусе с помощью прижимов 15.The tube 7 is installed in the housing using clamps 15.

Дополнительные входной и выходной коллекторы 16 образованы прижимами 15, трубкой 7 и АЭ 2. Каналы g прижимов 15 соединятся с входным и выходным коллекторами 10 и с дополнительными входным и выходным коллекторами 16 (фиг. 7), которые в свою очередь соединяются с кольцевым каналом δ. Прижимы 15 с каналами g позволяют более точно распределять потоки ОЖ между каналами охлаждения МЛД и АЭ, а также не оказывают механического воздействия на АЭ (по сравнению с дросселем 12 в конструкции по первому варианту).Additional input and output collectors 16 are formed by clamps 15, tube 7 and AE 2. Channels g of clamps 15 are connected to input and output collectors 10 and to additional input and output collectors 16 (Fig. 7), which in turn are connected to the annular channel δ . Clips 15 with channels g allow more accurate distribution of coolant flows between the cooling channels of the MLD and AE, and also do not have a mechanical effect on the AE (in comparison with the inductor 12 in the design according to the first embodiment).

Держатели 5 МЛД 6 снабжены поворотными каналами е, соединяющимися с каналами b держателей и каналами d корпуса 1, выходящими из входного и выходного коллекторов 10 корпуса. При этом диаметр поворотных каналов e превышает диаметр каналов b держателей 5.Holders 5 MLD 6 are equipped with rotary channels e, connected to the channels b of the holders and channels d of the housing 1, emerging from the input and output headers 10 of the housing. The diameter of the rotary channels e exceeds the diameter of the channels b of the holders 5.

Контур охлаждения содержит выполненные в корпусе 1 каналы f, которые соединяют входной и выходной коллекторы 10 с входным и выходным патрубками 8, 9.The cooling circuit contains channels f made in the housing 1, which connect the inlet and outlet manifolds 10 to the inlet and outlet pipes 8, 9.

Каждая МЛД 6 может быть снабжена линзой 14, установленной на поверхности МЛД 6, обращенной к АЭ 2 (фиг. 8). ОУГ может быть снабжена отражателями 17, установленными в отверстиях корпуса 1 на держателях 18, и размещенными напротив каждой МЛД 6.Each MLD 6 can be equipped with a lens 14 mounted on the surface of the MLD 6 facing AE 2 (Fig. 8). The OUG can be equipped with reflectors 17 installed in the holes of the housing 1 on the holders 18, and placed opposite each MLD 6.

Устройство по первому варианту работает следующим образом. На МЛД 6 подается напряжение питания, МЛД 6 начинают генерировать излучение накачки, которое, проходя трубку 7 и ОЖ кольцевого канала δ, поглощается АЭ 2, где часть поглощенной энергии накачки идет на тепловые потери. В непрерывном режиме работы мощность тепловыделения достаточно высока, поэтому требуется охлаждение АЭ 2. В МЛД 6 часть электрической энергии тратится на тепловые потери, поэтому их также необходимо охлаждать. Охлаждение АЭ и МЛД происходит следующим образом.The device according to the first embodiment works as follows. The supply voltage is supplied to the MLD 6, the MLD 6 begin to generate pump radiation, which, passing through the tube 7 and the coolant of the annular channel δ, is absorbed by AE 2, where part of the absorbed pump energy is used for heat loss. In continuous operation, the heat dissipation power is quite high, so cooling of AE 2 is required. In MLD 6, part of the electric energy is spent on heat losses, so they also need to be cooled. Cooling AE and MLD is as follows.

ОЖ подается через входной патрубок 8 в ОУГ и поступает в дополнительный входной коллектор 11. Затем ОЖ разделяется на два потока - первый поступает в канал b держателя 5, проходя по которому охлаждает МЛД 6, и попадает в выходной дополнительный коллектор 11, а второй поток, проходя по каналу а корпуса, попадает во входной коллектор 10.The coolant is supplied through the inlet pipe 8 to the OGG and enters the additional input manifold 11. Then the coolant is divided into two streams - the first enters the channel b of holder 5, passing through which it cools the MLD 6, and enters the output additional collector 11, and the second stream, passing through the channel a of the housing, it enters the input manifold 10.

Во входном коллекторе 10 ОЖ разделяется на два потока - первый охлаждает АЭ 2, а второй МЛД 6. Количественное соотношение между этими двумя потоками ОЖ задается гидравлическим сопротивлением каналов с дросселя 12.In the intake manifold 10, the coolant is divided into two flows - the first cools the AE 2 and the second MLD 6. The quantitative ratio between these two flows of coolant is determined by the hydraulic resistance of the channels from the inductor 12.

Первый поток ОЖ из входного коллектора 10 через каналы с дросселя 12 попадает в кольцевой канал δ и проходит вдоль АЭ 2, контактируя с его поверхностью и охлаждает его. Пройдя вдоль АЭ 2, ОЖ на противоположном его конце попадает в выходной коллектор 10 и через канал a корпуса в выходной дополнительный коллектор 11, затем через выходной патрубок 9 выводится из ОУГ.The first coolant stream from the intake manifold 10 through the channels from the inductor 12 enters the annular channel δ and passes along the AE 2, in contact with its surface and cools it. Passing along AE 2, the coolant at its opposite end enters the output manifold 10 and through the housing channel a to the additional output manifold 11, then through the outlet pipe 9 it is withdrawn from the OUG.

Второй поток ОЖ из входного коллектора 10 через выполненные в корпусе 1 каналы d попадает в поворотные каналы e держателей, проходит по каналам b держателей, попадая на выходе в аналогичные поворотные каналы е и через каналы d, выходной коллектор 10, каналы а и выходной дополнительный коллектор 11 выводится из оптической усилительной головки. ОЖ, проходя по каналам b держателей 5, охлаждает МЛД.The second coolant stream from the inlet manifold 10 through channels d made in the housing 1 enters the rotary channels e of the holders, passes through the channels b of the holders, entering the output of the similar rotary channels e and through channels d, the output manifold 10, channels a and the output additional collector 11 is output from the optical amplifier head. The coolant, passing through the channels b of the holders 5, cools the MLD.

Для дополнительной фокусировки излучения накачки (повышение кпд) используются линзы 14 (фиг 4).For additional focusing of the pump radiation (increase in efficiency), lenses 14 are used (Fig. 4).

Устройство по второму варианту работает следующим образом. На МЛД 6 подается напряжение питания, МЛД начинают генерировать излучение накачки, которое, проходя трубку 7 и ОЖ кольцевого канала δ, поглощается АЭ 2, где часть поглощенной энергии накачки идет на тепловые потери. В непрерывном режиме работы мощность тепловыделения достаточно высока, поэтому требуется охлаждение АЭ 2. В МЛД 6 часть электрической энергии тратится на тепловые потери, поэтому их также необходимо охлаждать. Охлаждение АЭ и МЛД происходит следующим образом.The device according to the second embodiment works as follows. The supply voltage is supplied to the MLD 6, the MLD begin to generate pump radiation, which, passing through the tube 7 and the coolant of the annular channel δ, is absorbed by AE 2, where part of the absorbed pump energy is used for heat loss. In continuous operation, the heat dissipation power is quite high, so cooling of AE 2 is required. In MLD 6, part of the electric energy is spent on heat losses, so they also need to be cooled. Cooling AE and MLD is as follows.

ОЖ подается через входной патрубок 8 в ОУГ и поступает через канал f корпуса 1 во входной коллектор 10. Затем ОЖ разделяется на два потока - первый поступает в каналы g прижима 15, а второй - в каналы держателей 5. Количественное соотношение между этими двумя потоками ОЖ задается гидравлическим сопротивлением каналов g прижима 15.The coolant is supplied through the inlet pipe 8 to the exhaust gas and flows through the channel f of the housing 1 to the input manifold 10. Then, the coolant is divided into two streams - the first enters the channels g of clamp 15 and the second enters the channels of holders 5. The quantitative ratio between these two coolant streams is set by the hydraulic resistance of the channels g of the clamp 15.

Из каналов g прижима 15 через дополнительный входной коллектор 16 ОЖ попадает в кольцевой канал δ охлаждения АЭ 2. Проходя вдоль АЭ 2, ОЖ контактирует с его поверхностью и охлаждает его. Пройдя вдоль АЭ 2, ОЖ на противоположном его конце попадает в выходной дополнительный коллектор 16 и через каналы g прижима 15 в выходной коллектор 10, откуда через каналы f корпуса в выходной патрубок 9 и выводится из ОУГ.From channels g of clamp 15, through an additional input collector 16, the coolant enters the annular channel δ of cooling AE 2. Passing along the AE 2, the coolant contacts its surface and cools it. Having passed along AE 2, the coolant at its opposite end enters the output additional collector 16 and through the channels g of the clamp 15 to the output collector 10, from where it passes through the channels f of the casing to the output pipe 9 and is discharged from the CVC.

Второй поток из входного коллектора 10 через каналы d корпуса 1 попадает в поворотные каналы e держателей 5, проходит по каналам b держателей, попадая на выходе в аналогичные поворотные каналы е и через каналы d корпуса, выходной коллектор 10 и каналы f выводится из ОУГ через выходной патрубок 9. ОЖ, проходя по каналам b держателей 5, охлаждает МЛД 6.The second stream from the input manifold 10 through the channels d of the housing 1 enters the rotary channels e of the holders 5, passes through the channels b of the holders, reaching the outlet of the similar rotary channels e and through the channels d of the housing, the output manifold 10 and channels f are removed from the OGG through the output pipe 9. The coolant, passing through the channels b of the holders 5, cools the MLD 6.

Для дополнительной фокусировки излучения накачки (повышение кпд) могут использоваться линзы 14 (фиг. 8).For additional focusing of the pump radiation (increase in efficiency), lenses 14 can be used (Fig. 8).

Часть излучения накачки, не поглотившаяся в АЭ 2 и прошедшая сквозь него, может быть возвращена обратно отражателями 17 (фиг. 8). При этом профиль отраженного излучения накачки задается формой отражающей поверхности отражателей 17 и трубкой 7.A portion of the pump radiation not absorbed in the AE 2 and transmitted through it can be returned back by the reflectors 17 (Fig. 8). The profile of the reflected pump radiation is determined by the shape of the reflective surface of the reflectors 17 and the tube 7.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:Thus, the data presented indicate that when using the claimed invention, the following combination of conditions:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в электронной и оптико-механической промышленности при изготовлении устройств с повышенной мощностью для медицины, технологии и других целей;- a tool embodying the claimed device in its implementation, is intended for use in the electronic and optical-mechanical industry in the manufacture of devices with high power for medicine, technology and other purposes;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.- for the claimed device in the form in which it is described in the claims, the possibility of its implementation is confirmed.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Claims (5)

1. Оптическая усилительная головка с диодной накачкой, состоящая из размещенных в корпусе: активного элемента в виде стержня, матриц лазерных диодов, расположенных равномерно на держателях и обращенных излучающей областью к активному элементу, и системы охлаждения, содержащей трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала δ, каналы, расположенные в корпусе и каждом держателе, входной, выходной патрубки и выполненные в корпусе входной и выходной коллекторы, из которых выходят каналы, соединенные с поворотными каналами, выполненными в держателях, размещенных в отверстиях, выполненных на внешней поверхности корпуса, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки, отличающаяся тем, что система охлаждения выполнена в виде единого контура и содержит дроссель с каналами, установленный между входным коллектором и кольцевым каналом, соединенные с входным и выходным патрубками входной и выходной дополнительные коллекторы, размещенные в одном из держателей, и каналы, выполненные в корпусе и соединяющие входной и выходной коллекторы с дополнительными входным и выходным коллекторами, диаметр поворотных каналов превышает диаметр каналов держателей, каналы дросселя соединяют входной коллектор с кольцевым каналом, который соединяется с выходным коллектором, дополнительные входной и выходной коллекторы соединены каналом держателя, а корпус выполнен в виде цилиндра.1. Optical amplification head with diode pumping, consisting of an active element in the form of a rod, arrays of laser diodes arranged uniformly on the holders and facing the active element with a radiating region, and a cooling system containing a tube enclosing the active element with the formation of a ring channel δ, channels located in the housing and each holder, inlet and outlet pipes and made in the housing inlet and outlet manifolds, from which channels connected to the rotary channels lamellas made in holders placed in holes made on the outer surface of the housing, the tube is made of a material transparent to pump radiation, characterized in that the cooling system is made in the form of a single circuit and contains a choke with channels installed between the input collector and the annular channel additional collectors connected to the input and output nozzles of the input and output placed in one of the holders, and channels made in the housing and connecting the input and output collectors to additional input and output collectors, the diameter of the rotary channels exceeds the diameter of the channels of the holders, the throttle channels connect the input collector to the annular channel, which is connected to the output collector, additional input and output collectors are connected by the holder channel, and the body is made in the form of a cylinder. 2. Оптическая усилительная головка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая матрица лазерных диодов снабжена линзой, установленной на поверхности матрицы, обращенной к активному элементу.2. The optical amplifier head according to claim 1, characterized in that each matrix of laser diodes is equipped with a lens mounted on the surface of the matrix facing the active element. 3. Оптическая усилительная головка с диодной накачкой, состоящая из размещенных в корпусе: активного элемента в виде стержня, матриц лазерных диодов, расположенных равномерно на держателях и обращенных излучающей областью к активному элементу, и системы охлаждения, содержащей трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала δ, каналы, расположенные в корпусе и каждом держателе, входной, выходной патрубки и выполненные в корпусе входной и выходной коллекторы, из которых выходят каналы, соединенные с поворотными каналами, выполненными в держателях, размещенных в отверстиях, выполненных на внешней поверхности корпуса, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки, отличающаяся тем, что торцы активного элемента закреплены в прижимах, установленных в корпусе, система охлаждения выполнена в виде единого контура и содержит каналы, выполненные в прижимах, входной и выходной дополнительные коллекторы, образованные прижимами, трубкой и активным элементом, и каналы, выполненные в корпусе и соединяющие входной и выходной патрубки с входным и выходным коллекторами, которые соединяются с каналами прижимов, при этом диаметр поворотных каналов превышает диаметр каналов держателей, каналы прижимов соединяются с дополнительными входным и выходным коллекторами, которые соединяются с кольцевым каналом, а корпус выполнен в виде цилиндра.3. Optical amplification head with diode pumping, consisting of: an active element in the form of a rod, arrays of laser diodes arranged uniformly on the holders and facing the active element with a radiating region, and a cooling system containing a tube enclosing the active element with the formation of a ring channel δ, channels located in the housing and each holder, inlet and outlet pipes and made in the housing inlet and outlet manifolds, from which channels connected to the rotary channels lamellas made in holders placed in holes made on the outer surface of the casing, the tube is made of a material transparent for pump radiation, characterized in that the ends of the active element are fixed in the clamps installed in the casing, the cooling system is made in the form of a single circuit and contains channels made in the clamps, input and output additional collectors formed by clamps, a tube and an active element, and channels made in the housing and connecting the input and output pipes to the input and outlet manifolds which are connected to rams channels, wherein the diameter exceeds the diameter of the rotary channel holders channels clamps channels connected to the additional inlet and outlet manifolds which are connected to the annular channel, and the housing is formed as a cylinder. 4. Оптическая усилительная головка по п. 3, отличающаяся тем, что каждая матрица лазерных диодов снабжена линзой, установленной на поверхности матрицы, обращенной к активному элементу.4. The optical amplifier head according to claim 3, characterized in that each matrix of laser diodes is equipped with a lens mounted on the surface of the matrix facing the active element. 5. Оптическая усилительная головка по п. 3, отличающаяся тем, что снабжена размещенными напротив каждой матрицы лазерных диодов отражателями, установленными в отверстиях корпуса на держателях. 5. The optical amplifier head according to claim 3, characterized in that it is equipped with reflectors placed opposite each matrix of laser diodes, mounted in the holes of the housing on the holders.
RU2014135348/28A 2014-08-29 2014-08-29 Optical amplifier head with diode pumping (versions) RU2597941C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135348/28A RU2597941C2 (en) 2014-08-29 2014-08-29 Optical amplifier head with diode pumping (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014135348/28A RU2597941C2 (en) 2014-08-29 2014-08-29 Optical amplifier head with diode pumping (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014135348A RU2014135348A (en) 2016-03-20
RU2597941C2 true RU2597941C2 (en) 2016-09-20

Family

ID=55530784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014135348/28A RU2597941C2 (en) 2014-08-29 2014-08-29 Optical amplifier head with diode pumping (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2597941C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU180913U1 (en) * 2016-09-28 2018-06-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") LASER MODULE WITH LATERAL DIODE PUMPING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351251A (en) * 1993-03-30 1994-09-27 Carl Zeiss, Inc. Laser apparatus
WO1997047060A1 (en) * 1996-06-04 1997-12-11 Diode Pumped Laser Technologies, Inc. Nd:YAG LASER PUMP HEAD
RU2498467C2 (en) * 2011-10-14 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Diode pumped optical amplifier head
US8804782B2 (en) * 2012-10-29 2014-08-12 Coherent, Inc. Macro-channel water-cooled heat-sink for diode-laser bars

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5351251A (en) * 1993-03-30 1994-09-27 Carl Zeiss, Inc. Laser apparatus
WO1997047060A1 (en) * 1996-06-04 1997-12-11 Diode Pumped Laser Technologies, Inc. Nd:YAG LASER PUMP HEAD
RU2498467C2 (en) * 2011-10-14 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Diode pumped optical amplifier head
US8804782B2 (en) * 2012-10-29 2014-08-12 Coherent, Inc. Macro-channel water-cooled heat-sink for diode-laser bars

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014135348A (en) 2016-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI116010B (en) Method and laser device for producing high optical power density
US6101208A (en) Nd:YAG laser pump head
RU2498467C2 (en) Diode pumped optical amplifier head
US20140362876A1 (en) Method and system for managing heat disipation in doped fiber
US10007077B2 (en) Direct impingement cooling of fibers
RU2597941C2 (en) Optical amplifier head with diode pumping (versions)
CN103746274B (en) Side pumping laser module
US5838712A (en) Diode-pumped high performance solid state laser
US9008137B1 (en) Method and apparatus for compact and efficient introduction of high radiant power into an optical fiber
RU2579188C1 (en) Laser head of solid-state laser with diode pumping thermal stabilisation
RU2614079C2 (en) Laser gun with diode pumping
KR20160010352A (en) Light irradiation apparatus
US6661827B2 (en) Pumping source
RU2575673C1 (en) Optical amplifier head with diode pumping counter-reflector
RU2497248C2 (en) Optical pumping structure
CN203415814U (en) Large power laser module
RU180913U1 (en) LASER MODULE WITH LATERAL DIODE PUMPING
RU2614081C1 (en) Laser gun of solid-state laser with diode pumping
RU166589U1 (en) OPTICAL AMPLIFIER HEAD WITH DIODE PUMPING
US7155091B2 (en) Cooled high power laser lens array
CN116014542A (en) Internal cooling thin-sheet laser and preparation method thereof
KR102222954B1 (en) Cooler apparatus for light fiber laser amplifier module
RU2622237C1 (en) Laser head of solid-state laser with diode pumping
US20180145474A1 (en) Solid laser amplification device
RU2599600C1 (en) High-power optical amplifier head with end diode pumping of active element in form of plate

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200830