激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置和匹配方法

摘要

一种激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置和匹配方法，匹配装置的构成包括：增益介质、折射率匹配冷却液、增益介质腔、循环泵、热交换器、可调恒温槽、恒温液体和泵浦源。本发明有效地保持了冷却液与固体激光增益介质之间良好的折射率匹配，从而抑制了增益介质和冷却液之间各个界面的反射和折射带来的损耗。实验表明，可将反射/折射损耗降低至小于0.02cm^-1。

主权项

一种利用激光器增益介质与浸没式冷却液的匹配装置的折射率匹配方法，该装置包括：增益介质腔（3）、固体激光增益介质（1）、折射率匹配冷却液（2）、热交换器（5）、循环泵（4）、可调恒温槽（6）、恒温液体（7）和泵浦源（8），所述的固体激光增益介质（1）置于所述的增益介质腔（3）中，该增益介质腔（3）具有折射率匹配冷却液（2）的输入口和输出口，所述的热交换器（5）内的恒温液体（7）经所述的可调恒温槽（6）循环，所述的增益介质腔（3）的输出口经管路依次经所述的循环泵（4）、热交换器（5）内的热交换管路、管路和所述的增益介质腔（3）的输入口构成一封闭的环路，所述的折射率匹配冷却液（2）置于并充满所述的增益介质腔（3）和所述的环路，所述的折射率匹配冷却液（2）在所述的循环泵（4）的驱动下在所述的增益介质腔（3）和热交换器（5）内循环运动；其特征在于，该方法包括下列步骤：①选取折射率分别高于和低于所述的固体激光增益介质（1）的折射率的溶剂混合来配置折射率匹配冷却液，设激光器采用的固体激光增益介质折射率为n_s，两种溶剂常温下的折射率分别为n₁(n₁＜n_s)，n₂(n₂＞n_s)，要求所选溶剂彼此互溶并不与所接触到的其他材料发生反应，低毒性，低腐蚀性，对泵浦光和输出信号光的吸收系数小于0.01cm^‑1；②根据所述的增益介质腔（3）和折射率匹配冷却液管路确定折射率匹配冷却液的总量，调整选定的两种溶剂比例直至混合溶剂的折射率为n_s，测量混合溶剂的比热容C_l，混合溶剂的温度折射率系数K，混合溶剂的密度ρ_l，再调整两种溶剂的比例直至混合溶剂即折射率匹配冷却液的折射率为：n₀＝n_s‑KW_p/2C_lρ_lF_l，其中，F_l为折射率匹配冷却液的流量，W_p为泵浦光的热功率；③将所述的折射率匹配冷却液置于所述的激光增益介质腔（3）中，开启循环泵（4）使折射率匹配冷却液所在循环系统流量达到F_l，再开启激光泵浦源，待从激光增益介质腔（3）流出的折射率匹配冷却液的温度不再变化后，通过所述的可调恒温槽（6）缓慢微调注入增益介质腔（3）的折射率匹配冷却液（2）的温度，观察激光器输出激光功率/激光脉冲能量的变化，若升温导致激光器输出激光功率/激光脉冲能量降低，则缓慢降温直至激光器输出激光功率/激光脉冲能量不再升高，反之则继续缓慢升温，直至输出激光功率/能量达到最大，此时实现了激光器工作条件下最佳折射率匹配。