本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)。

背景技術(shù)：

電光調(diào)Q開關(guān)是激光器中一個非常重要的器件，用于調(diào)Q激光器、腔倒空激光器、再生放大器等，以獲得高能量，窄脈寬的激光輸出。其工作原理是利用電光晶體在外電場作用下折射率發(fā)生改變，從而改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)，與偏振片配合實現(xiàn)光開關(guān)作用。

在傳統(tǒng)的電光調(diào)Q開關(guān)中，使用最廣泛的是DKDP晶體(磷酸二氘鉀晶體)制作的縱向普克爾盒。但是隨著工業(yè)激光器朝著能量更高方向發(fā)展，這種傳統(tǒng)的開關(guān)暴露出其結(jié)構(gòu)的固有缺點：在超過35W的高功率下存在嚴(yán)重?zé)嶂码p折射效應(yīng)，容易引起熱退偏及波前畸變。

對調(diào)Q開關(guān)進行熱補償設(shè)計可以有效改善這一問題，其原理是采用兩塊尺寸幾乎完全相同的晶體，二晶體的主軸繞光傳播方向相對旋轉(zhuǎn)90°串接排列，以抵消熱致雙折射效應(yīng)。理想情況下，此結(jié)構(gòu)所用的兩塊晶體的溫度變化要時刻保持一致，才能保證調(diào)Q開關(guān)在高功率條件下的關(guān)斷能力。

常見的熱補償電光調(diào)Q開關(guān)中，兩塊長方體晶體用導(dǎo)電銀膠作為粘接劑固定于一具有一對正交平面的V型金屬支架上，金屬支架起固定晶體作用的同時還作為一側(cè)電極，另一側(cè)電極為一平面金屬薄板，兩側(cè)電極各通過導(dǎo)線連接電源正負(fù)極?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)存在的缺點是：配對的兩塊晶體沒有進行散熱處理，高功率條件下兩塊晶體由于熱吸收不完全相同，導(dǎo)致溫度變化不一致，影響開關(guān)工作性能；晶體直接裸露在空氣中，極易造成晶體端面污染，在高功率激光條件下容易導(dǎo)致晶體損壞；電極沒有做絕緣處理，操作不當(dāng)容易產(chǎn)生安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目在于提出一種全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)，2塊電光晶體主軸相對旋轉(zhuǎn)90°沿軸向排列，2個金屬電極和2個絕緣的導(dǎo)熱基座交錯環(huán)繞2塊電光晶體構(gòu)成組合內(nèi)殼，組合內(nèi)殼封閉2塊電光晶體，有效保護電光晶體的端面，緊定螺釘鎖定組合內(nèi)殼內(nèi)的兩塊電光晶體，使電光調(diào)Q開關(guān)的消光能力達(dá)到最佳，關(guān)斷性能更好；金屬電極和導(dǎo)熱基座能夠進行有效散熱，保持晶體溫度穩(wěn)定，降低調(diào)Q開關(guān)在高功率條件下工作時的熱退偏及波前畸變。絕緣外殼封閉金屬電極，保證操作安全。

本發(fā)明設(shè)計的一種全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)，包括2塊相同的電光晶體，金屬電極和絕緣外殼，所述電光晶體為長方體，通光面為正方形，與光傳播方向垂直；二晶體的主軸繞光傳播方向相對旋轉(zhuǎn)90°沿軸向排列，二者間隙為5mm～10mm。

所述電光晶體為雙軸晶體或單軸晶體，如磷酸鈦氧鉀KTP(KTiOPO₄)或磷酸鈦氧銣RTP(RbTiOPO₄)等雙軸晶體，或者橫向電光調(diào)制的磷酸二氫鉀KDP或β相偏硼酸鋇晶體BBO等單軸晶體。

所述每塊電光晶體有相對的2個長方形側(cè)面為有濺射金屬導(dǎo)電層的導(dǎo)電面。

2個金屬電極和2個絕緣的導(dǎo)熱基座交錯環(huán)繞電光晶體組成組合內(nèi)殼，所述組合內(nèi)殼軸向中心截面為正方形的通孔，此通孔與電光晶體的徑向尺寸相配合。所述通孔的4個面為金屬電極和導(dǎo)熱基座上的晶體安裝面，金屬電極的晶體安裝面與導(dǎo)熱基座的晶體安裝面交錯。所述2塊電光晶體沿組合內(nèi)殼的通孔軸向排列，每塊電光晶體的2個導(dǎo)電面各與一個金屬電極的晶體安裝面貼合接觸，每塊電光晶體的另外2個相對的長方形側(cè)面與導(dǎo)熱基座的晶體安裝面貼合接觸。

在組合內(nèi)殼的前、后端面各有一環(huán)形的連接蓋壓在組合內(nèi)殼的端面上，連接蓋的中心線與電光晶體的中心線重合，其外徑與組合內(nèi)殼外徑相同，其中心孔為臺階孔，光學(xué)窗口片嵌入連接蓋中心孔大孔，置于其小孔的臺階上，小孔端壓在組合內(nèi)殼的端面上；連接蓋經(jīng)螺栓固定連接組合內(nèi)殼的金屬電極和導(dǎo)熱基座。

所述連接蓋中心孔的小孔直徑等于或大于組合內(nèi)殼通孔的內(nèi)切圓直徑，連接蓋中心孔的大孔直徑與光學(xué)窗口片外徑相匹配，連接蓋的大孔深度δ₁為光學(xué)窗口片厚度Δ的1/5至4/5。光學(xué)窗口片與光學(xué)晶體之間的間隙即小孔深度。光學(xué)窗口片厚(Δ-δ₁)的部分凸出于連接蓋大孔端的端面。

絕緣外殼套在所述組合內(nèi)殼外，二者為間隙配合。所述絕緣外殼的軸向長度與組合內(nèi)殼長度及兩個連接蓋的厚度之和相匹配。絕緣外殼上有兩個接線孔，與金屬電極相連接的接線端子穿出絕緣外殼的接線孔和外接導(dǎo)線連接。

絕緣外殼的前、后端面各有一環(huán)形的端蓋，其中心線與電光晶體的中心線重合，其外徑與絕緣外殼的外徑相同。所述端蓋的中心孔為臺階孔，橡膠壓環(huán)嵌入端蓋大孔，抵于端蓋小孔的臺階，螺栓固定連接端蓋和絕緣外殼，壓迫橡膠壓環(huán)緊壓光學(xué)窗口片封閉組合內(nèi)殼的通孔，使組合內(nèi)殼成為固定為一體的密封結(jié)構(gòu)。

所述端蓋1的中心孔的大孔直徑與連接蓋的大孔直徑相等，端蓋大孔深度δ₂大于2(Δ-δ₁)，端蓋大孔端與連接蓋相接。橡膠壓環(huán)外徑與端蓋大孔相配合，橡膠壓環(huán)的厚度Δ₁＝[δ₂-(Δ-δ₁)]×(1～1.2)。端蓋小孔直徑與連接蓋小孔直徑相等，其深度為3mm～7mm。

所述導(dǎo)熱基座和金屬電極的外側(cè)面為部分圓柱側(cè)面，所構(gòu)成的組合內(nèi)殼外側(cè)面為圓柱面。

所述金屬電極為鋁合金電極，所述導(dǎo)熱基座為氮化鋁陶瓷基座，氮化鋁陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)與鋁合金相近。

所述導(dǎo)熱基座和金屬電極的幾何結(jié)構(gòu)相同。均包括三部分：第一安裝塊、中間塊和第二安裝塊，第一安裝塊有5個面，包括外端面，內(nèi)端面，晶體安裝面，互接面和外側(cè)面各一個。內(nèi)、外端面相互平行,為相同的部分圓面，且其圓弧邊所對圓心角為π/2，外端面上有一個端面螺孔，其為盲螺孔，與連接蓋上的安裝孔相配合；晶體安裝面為長方形，晶體安裝面與內(nèi)、外端面垂直連接，晶體安裝面的軸向長度等于一塊電光晶體的軸向長度；互接面為長方形，互接面與內(nèi)、外端面垂直連接，與晶體安裝面垂直連接；外側(cè)面為部分圓柱側(cè)面,所對圓心角為π/2，外側(cè)面的直線邊與互接面連接,兩側(cè)弧線邊與內(nèi)、外端面連接,外側(cè)面與晶體安裝面相對。第二安裝塊與第一安裝塊幾何形狀相同，二者經(jīng)中間塊連接，二安裝塊的內(nèi)端面平行，中間塊處于二安裝塊的內(nèi)端面之間，中間塊的軸向長度等于兩塊電光晶體的軸向間隙。二安裝塊的晶體安裝面為正交平面，第二安裝塊的晶體安裝面與第一安裝塊的互接面處于同一平面，二安裝塊的外側(cè)面為同一圓柱側(cè)面，軸向分別處于該圓柱的前后，徑向處于相鄰的兩個象限。中間塊的外側(cè)面也為上述圓柱側(cè)面的一部分，連接二安裝塊的外側(cè)面。

金屬電極外側(cè)有接線端子孔，其為螺紋孔，接線端子旋入該孔與金屬電極連接。該接線端子孔位于中間塊外側(cè)的凹槽內(nèi)，以保護插入此孔的接線端子。

所述組合內(nèi)殼為A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座依次環(huán)繞電光晶體、交錯嚙合組成組合內(nèi)殼，A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座一端的外端面在徑向各處于一個象限。前、后2個電光晶體的2個導(dǎo)電面分別稱為M面和N面，電光晶體的另外2個相對的長方形側(cè)面分別稱為m面和n面。A金屬電極的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體的M面貼合接觸；B導(dǎo)熱基座的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體的m面貼合接觸，C金屬電極的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體的N面貼合接觸；D導(dǎo)熱基座的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體的n面貼合接觸。A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座共8個安裝塊的8個晶體安裝面構(gòu)成組合內(nèi)殼，其軸向中心為截面正方形的通孔。且B導(dǎo)熱基座、C金屬電極、D導(dǎo)熱基座和A金屬電極的晶體安裝面分別依次貼壓于A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座的互接面上，A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座的外側(cè)面拼合成一圓柱側(cè)面，即組合內(nèi)殼的外側(cè)面。

在組合內(nèi)殼前、后端，螺栓穿過連接蓋的安裝孔旋入其外端面，即A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座的外端面的端面螺孔，前、后端的2個連接蓋固定連接組合內(nèi)殼，使之不會松動。

金屬電極和導(dǎo)熱基座的兩個安裝塊的外側(cè)面上有2個通孔為緊定孔，緊定孔為垂直于晶體安裝面的螺紋孔。8個緊定螺釘分別從2個導(dǎo)熱基座的2個安裝塊的外側(cè)面旋入，各緊定螺釘?shù)锥说钟?個電光晶體的m、n面；另外8個緊定螺釘分別從2個金屬電極的2個安裝塊的外側(cè)面旋入，各緊定螺釘?shù)锥说钟?個電光晶體的M、N面；16個緊定螺釘將金屬電極和導(dǎo)熱基座圍繞的電光晶體牢牢鎖定。

接線端子為連接導(dǎo)線的金屬棒，金屬棒底部有螺紋，金屬棒頂部連接導(dǎo)線的一端，金屬棒旋入金屬電極的接線端子孔，導(dǎo)線另一端穿過絕緣外殼的接線孔，位于絕緣外殼外側(cè)，便于與外接導(dǎo)線連接。

金屬棒頂端有一壓線孔，孔內(nèi)安裝彈簧片，導(dǎo)線一端直接插入壓線孔，彈簧片壓緊固定導(dǎo)線端頭。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)的優(yōu)點為：1、兩塊電光晶體封裝在一個密封的組合內(nèi)殼中，對晶體端面有效保護；2、絕緣外殼避免金屬電極的高壓擊傷操作人員，確保使用安全；3、電光晶體的四個側(cè)面被導(dǎo)熱系數(shù)接近的金屬電極和導(dǎo)熱基座包覆，能夠進行有效散熱，保持兩塊電光晶體溫度穩(wěn)定，同時由于四個側(cè)面散熱均勻，改善晶體徑向熱梯度，降低本調(diào)Q開關(guān)在高功率條件下工作的熱退偏及波前畸變。

附圖說明

圖1為本全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)實施例整體結(jié)構(gòu)分解示意圖；

圖2為圖1中的組合內(nèi)殼結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中金屬電極端面投影視圖；

圖4為圖2中金屬電極側(cè)面投影視圖；

圖5為本全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)實施例縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)實施例接線端子結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號為：

1、端蓋，2、橡膠壓環(huán)，3、光學(xué)窗口片，4、連接蓋，5、電光晶體，6組合內(nèi)殼，7、絕緣外殼，8、接線端子；51、前電光晶體，52、后電光晶體，61、金屬電極，62、導(dǎo)熱基座；611、第一安裝塊，612、中間塊，613、第二安裝塊，614、端面螺孔，615、緊定螺孔，616、接線端子螺孔；81、金屬棒，82、壓線孔，83、彈簧片，84、導(dǎo)線。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步說明。

本全封閉的雙晶體電光調(diào)Q開關(guān)實施例如圖1所示，中心為2塊相同的電光晶體5，本例電光晶體5為雙軸晶體磷酸鈦氧鉀晶體KTP，二晶體的主軸繞光傳播方向相對旋轉(zhuǎn)90°沿軸向排列，本例二晶體的間隙為5mm。本例電光晶體5為長方體，通光面為正方形，與光傳播方向垂直。每塊電光晶體有相對的2個長方形側(cè)面為有濺射金屬導(dǎo)電層的導(dǎo)電面，分別稱為M面和N面，電光晶體的另外2個相對的長方形側(cè)面分別稱為m面和n面。

2個金屬電極61和2個絕緣的導(dǎo)熱基座62交錯環(huán)繞電光晶體5組成組合內(nèi)殼6，如圖2所示，A金屬電極61、B導(dǎo)熱基座62、C金屬電極61和D導(dǎo)熱基座62依次環(huán)繞電光晶體6、交錯嚙合組成組合內(nèi)殼6。

本組合內(nèi)殼6軸向中心截面為正方形的通孔，此通孔與電光晶體5的徑向尺寸相配合。所述通孔的4個面為金屬電極61和導(dǎo)熱基座62上的晶體安裝面，金屬電極61的晶體安裝面與導(dǎo)熱基座62的晶體安裝面交錯。本例2塊電光晶體5沿組合內(nèi)殼的通孔軸向排列，每塊電光晶體5的2個導(dǎo)電面——M面和N面，各與一個金屬電極61的晶體安裝面貼合接觸，每塊電光晶體5的另外2個相對的長方形側(cè)面與導(dǎo)熱基座62的晶體安裝面——m面和n面貼合接觸。

本例金屬電極61為鋁合金電極，導(dǎo)熱基座62為氮化鋁陶瓷基座。

本例導(dǎo)熱基座62和金屬電極61的幾何結(jié)構(gòu)相同。如圖3和4所示均包括三部分：第一安裝塊611、中間塊612和第二安裝塊613，第一安裝塊611有5個面，包括外端面，內(nèi)端面，晶體安裝面，互接面和外側(cè)面各一個。內(nèi)、外端面相互平行,為相同的部分圓面，且其圓弧邊所對圓心角為π/2，外端面上有一個端面螺孔614，其為盲螺孔，與連接蓋4上的安裝孔相配合；晶體安裝面為長方形，晶體安裝面與內(nèi)、外端面垂直連接，晶體安裝面的軸向長度等于電光晶體5的軸向長度；互接面為長方形，互接面與內(nèi)、外端面垂直連接，與晶體安裝面垂直連接；外側(cè)面為部分圓柱側(cè)面,所對圓心角為π/2，外側(cè)面的直線邊與互接面連接,兩側(cè)弧線邊與內(nèi)、外端面連接,外側(cè)面與晶體安裝面相對。第二安裝塊613與第一安裝塊611幾何形狀相同，二者經(jīng)中間塊612連接，2個安裝塊611、613的內(nèi)端面平行，中間塊612處于二安裝塊611、613的內(nèi)端面之間，中間塊612的軸向長度等于兩塊電光晶體5的軸向間隙。二安裝塊611、613的晶體安裝面為正交平面，第二安裝塊613的晶體安裝面與第一安裝塊611的互接面處于同一平面，二安裝塊611、613的外側(cè)面為同一圓柱側(cè)面，軸向分別處于該圓柱的前后，徑向處于相鄰的兩個象限。中間塊612的外側(cè)面也為上述圓柱側(cè)面的一部分，連接二安裝塊611、613的外側(cè)面。

本例金屬電極61和導(dǎo)熱基座61的兩個安裝塊的外側(cè)面上有2個通孔為緊定孔615，緊定孔615為垂直于晶體安裝面的螺紋孔。8個緊定螺釘分別從2個導(dǎo)熱基座62的2個安裝塊的外側(cè)面旋入，各緊定螺釘?shù)锥说钟?個電光晶體5的m、n面；另外8個緊定螺釘分別從2個金屬電極61的2個安裝塊的外側(cè)面旋入，各緊定螺釘?shù)锥说钟?個電光晶體5的M、N面；16個緊定螺釘將金屬電極61和導(dǎo)熱基座62圍繞的電光晶體5牢牢鎖定。

金屬電極61外側(cè)有接線端子孔616，本例接線端子孔616位于中間塊612外側(cè)的凹槽內(nèi)，其為螺紋孔，接線端子8旋入該孔與金屬電極61連接。如圖6所示，本例接線端子8為連接導(dǎo)線84的金屬棒81，金屬棒81底部有螺紋，頂端有一壓線孔82，孔內(nèi)安裝彈簧片83，導(dǎo)線84的一端直接插入壓線孔82，彈簧片83壓緊固定導(dǎo)線84該端頭，導(dǎo)線84另一端穿過絕緣外殼6的接線孔，與外接導(dǎo)線相連接。

如圖2所示本例A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座一端的外端面在徑向各處于一個象限。A金屬電極61的第一安裝塊611的晶體安裝面與前電光晶體51的M面貼合接觸，A金屬電極61的第二安裝塊613的晶體安裝面與后電光晶體52的M面貼合接觸；與此相類似，B導(dǎo)熱基座62的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體51、52的m面貼合接觸，C金屬電極61的第一和第二安裝塊611、613的晶體安裝面分別與前、后電光晶體51、52的N面貼合接觸；D導(dǎo)熱基座62的第一和第二安裝塊的晶體安裝面分別與前、后電光晶體51、52的n面貼合接觸。A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座共8個安裝塊的8個晶體安裝面構(gòu)成組合內(nèi)殼6，軸向中心為截面正方形的通孔。B導(dǎo)熱基座、C金屬電極、D導(dǎo)熱基座和A金屬電極的晶體安裝面分別依次貼壓于A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座的互接面上，A金屬電極、B導(dǎo)熱基座、C金屬電極和D導(dǎo)熱基座的外側(cè)面拼合成一圓柱側(cè)面，即組合內(nèi)殼6的外側(cè)面。

如圖1和5所示，在組合內(nèi)殼6的前、后端面各有一環(huán)形的連接蓋4壓在組合內(nèi)殼6的端面上，連接蓋4經(jīng)螺栓固定連接組合內(nèi)殼6的金屬電極61和導(dǎo)熱基座62的端面螺孔614。連接蓋4的中心線與電光晶體5的中心線重合，其外徑與組合內(nèi)殼6外徑相同，其中心孔為臺階孔，小孔直徑等于組合內(nèi)殼6通孔的內(nèi)切圓直徑，小孔深度3mm，小孔端壓在組合內(nèi)殼6的端面上；連接蓋4中心孔的大孔直徑與光學(xué)窗口片3外徑相匹配，連接蓋4的大孔深度δ₁為光學(xué)窗口片3厚度Δ的3/4。光學(xué)窗口片3嵌入連接蓋4中心孔大孔，置于其小孔的臺階上，光學(xué)窗口片3與光學(xué)晶體5之間的間隙即小孔深度3mm。光學(xué)窗口片3厚Δ/4的部分凸出于連接蓋4大孔端的端面。

絕緣外殼7套在所述組合內(nèi)殼6外，二者為間隙配合。本例絕緣外殼6的軸向長度等于組合內(nèi)殼6長度及兩個連接蓋4的厚度之和。絕緣外殼7上有兩個接線孔，接線端子8經(jīng)二接線孔進入絕緣外殼7內(nèi)，并旋入金屬電極61的接線端子孔616，與金屬電極61相連接。

絕緣外殼7的前、后端面各有一環(huán)形的端蓋1，其中心線與電光晶體5的中心線重合。本例端蓋1的中心孔為臺階孔，其大孔直徑與連接蓋的大孔直徑相等，本例端蓋1大孔深度δ₂為Δ/2，端蓋1大孔端與連接蓋4相接。橡膠壓環(huán)2外徑與端蓋1大孔相配合，橡膠壓環(huán)4的厚度Δ₁＝Δ/3。端蓋1小孔直徑與連接蓋4小孔直徑相等，其深度為5mm。橡膠壓環(huán)4嵌入端蓋1大孔，抵于端蓋1小孔的臺階，螺栓固定連接端蓋1和絕緣外殼7，壓迫橡膠壓環(huán)4緊壓光學(xué)窗口片3封閉組合內(nèi)殼6的通孔，使組合內(nèi)殼6成為固定為一體的密封結(jié)構(gòu)。

上述實施例，僅為對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進一步詳細(xì)說明的具體個例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。