CN104701712A - 一种碱金属增益池加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碱金属增益池的加热保护装置，具体地说是一种碱金属增益池加热炉，包括壳体、金属填充体、一、二级控温加热块及基体，二级控温加热块放置在基体上，壳体与二级控温加热块相连；壳体内开有炉腔，壳体的两端分别开有壳体通光孔；炉腔内容置有增益池，增益池两端的炉腔内分别填充有金属填充体，增益池由壳体穿出、并与二级控温加热块相连接；增益池两侧的金属填充体上分别设有一级控温加热块，在金属填充体上沿轴向开有填充体通光孔；增益池的两侧与壳体之间填充有对增益池两侧壁加热的陶瓷填充体。本发明有效地解决了碱金属增益池的窗口污染问题，提高了碱金属增益池的使用寿命，提高了增益池的吸收率和单程透过率。

Description

一种碱金属增益池加热炉

技术领域

本发明涉及碱金属增益池的加热保护装置，具体地说是一种碱金属增益池加热炉。

背景技术

近年来，二极管泵浦碱金属蒸汽激光（简称DPAL），以其具有体积小、量子效率高、光束质量好、波长大气传输效率高、附属设备简单以及与太阳能电池板吸收波长共振等优点，成为未来高能激光的一个重要发展方向。2008年DPAL正式成为美国国防部的预研项目，并进行了十万瓦和兆瓦级的激光器概念设计；其兆瓦级激光器的设计，增益池长度也仅仅只有30厘米左右，由此可见这一研究方向的发展前景。然而，二极管泵浦碱金属激光器研制过程中遇到的一个严重问题就是采用普通加热炉对碱金属增益池进行加热时，极易出现窗口污染问题，不仅降低了碱金属增益池的使用寿命，更严重影响了碱金属增益池单程透过率和碱金属蒸汽对泵浦光的吸收效率，极大的降低了碱金属激光器的光光转换效率和出光功率，甚至导致激光器无法出光。

发明内容

为了解决现有碱金属增益池在加热时出现的上述问题，本发明的目的在于提供一种碱金属增益池加热炉。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种碱金属增益池加热炉，包括壳体、金属填充体、一级控温加热块、二级控温加热块及基体，其中二级控温加热块放置在基体上，所述壳体与该二级控温加热块相连；所述壳体内开有炉腔，壳体的两端分别开有与所述炉腔相连通、供光通过的壳体通光孔；所述炉腔内容置有增益池，该增益池两端的炉腔内分别填充有固定增益池的金属填充体，所述增益池由壳体穿出、并与所述二级控温加热块相连接；所述增益池两侧的金属填充体上分别设有对增益池两端的窗口进行加热的一级控温加热块，并在所述金属填充体上沿轴向开有供光通过的填充体通光孔；所述增益池的两侧与壳体之间填充有对增益池两侧壁加热的陶瓷填充体。

所述增益池两端的金属填充体与增益池窗口接触的端面垂直或倾斜于所述填充体通光孔的轴向中心线。

所述金属填充体远离增益池窗口的端面与炉腔内壁之间设有固定弹簧。

所述增益池两端的金属填充体与炉腔内壁之间的固定弹簧分别位于炉腔轴向中心线的上下两侧。

所述炉腔侧壁上设有滑道，金属填充体上设有与该滑道配合连接的连接销。

所述增益池一端的金属填充体上的连接销及炉腔侧壁上的滑道与增益池另一端的金属填充体上的连接销及炉腔侧壁上的滑道分别位于炉腔轴向中心线的上下两侧。

所述二级控温加热块与壳体之间设有隔热电木板，所述增益池的下部向下延伸、依次穿过壳体、隔热电木板，与所述二级控温加热块相连接；所述二级控温加热块的温度低于一级控温加热块的温度。

所述金属填充体上沿轴向设有盲孔，所述一级控温加热块安装在该盲孔内；所述一级控温加热块包括加热电阻丝、导热硅胶及热电偶，其中加热电阻丝及热电偶分别容置在所述盲孔内，并通过导热硅胶填充固定。

所述增益池两端的金属填充体上的盲孔分别位于填充体通光孔轴向中心线的上下两侧；所述壳体、炉腔均为柱状回转体，壳体、炉腔、壳体通光孔、金属填充体、填充体通光孔的轴向中心线共线，并与所述盲孔的轴向中心线平行。

所述基体为俯仰调节装置，该俯仰调节装置包括安装架扩调节螺钉，所述安装架上均布有多个螺纹孔，每个螺纹孔内分别螺纹连接有调节螺钉，通过旋转所述调节螺钉调整所述壳体的放置角度。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过两部分金属填充体及陶瓷填充体和两级控温加热块的设计，有效地解决了碱金属增益池的窗口污染问题，提高了碱金属增益池的使用寿命，提高了增益池的吸收率和单程透过率，进而提高了碱金属激光器的出光功率和光效率。

2.本发明增益池窗口对应的金属材料热导率远远高于陶瓷材料，且采用窗口加热的方式，保证了在加热过程中，增益池窗口温度高于侧壁温度，从而避免碱金属在加热过程中在窗口处的凝结。

3.本发明的金属填充体加工形状灵活多变，可根据不同增益池外形设计加工不同金属填充体，特别是可以设计成布儒斯特角形状。

4.本发明炉腔侧壁设有滑道，金属填充体底部设有连接销，并在金属填充体与炉腔之间设置了固定弹簧，极大地方便了增益池的安放、固定和光路调节；同时，固定弹簧在加热过程中还起到释放热应力、保护增益池的作用。

5.本发明在壳体与二级控温加热块之间设置了隔热电木板，起到了隔热作用，可以使整个加热炉实现两级温度控制；在加热过程中，本发明的二级控温加热块的温度设置低于一级控温加热块的温度，从而使主体部分增益池内的碱金属蒸汽的饱和蒸汽压高于二级控温加热块内增益池部分的饱和蒸汽压，碱金属蒸汽过量时将向温度较低的二级控温加热块内装有碱金属的增益池部分扩散凝结，进一步降低主体内碱金属凝结造成窗口污染和单程透过率降低的风险。

6.本发明可整体安装在俯仰调节装置上，通过调整壳体的放置角度，进而对增益池在实验光路中的俯仰角进行调节，便于碱金属激光器光路的调节。

附图说明

图1为本发明实施例1的内部结构示意图；

图2为本发明实施例2的内部结构示意图；

图3为本发明金属填充体的端面图；

其中：1为壳体，2为炉腔，3为壳体通光孔，4为一级控温加热块，5为第一滑道，6为连接销，7为固定弹簧，8为第一金属填充体，9为填充体通光孔，10为陶瓷填充体，11为增益池，13为第二滑道，16为第二金属填充体，17为隔热电木板，18为二级控温加热块，19为俯仰调节装置，20为加热电阻丝，21为导热硅胶，22为热电偶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

实施例1

如图1、图3所示，本发明包括壳体1、金属填充体、一级控温加热块4、二级控温加热块18及基体，其中二级控温加热块18放置在基体上，该二级控温加热块18上设有隔热电木板17，壳体1位于隔热电木板17上；该隔热电木板17用于将壳体1与二级控温加热块18之间分开，具有隔热作用，可以使整个加热炉实现两级温度控制。

壳体1内部开有炉腔2，该壳体1与炉腔2的轴向中心线共线，且均为柱状回转体。壳体1采用金属材料（如铝）制成，是加热炉的主体部分。壳体1的左右两端中心分别开有与炉腔2相连通、供光通过的壳体通光孔3。炉腔2的中间容置有增益池11，该增益池11左右两端的炉腔2内分别填充有固定增益池11的金属填充体，即位于增益池11左端、与增益池11左端窗口抵接的第一金属填充体8，以及位于增益池11右端、与增益池11右端窗口抵接的第二金属填充体16。第一、二金属填充体8、16的中间沿轴向分别开有供光通过的填充体通光孔9，两个金属填充体上的填充体通光孔9、壳体1左右两端的壳体通光孔3的轴向中心线与壳体1的轴向中心线共线；泵浦光及激光可由壳体通光孔3及填充体通光孔9通过。

第一、二金属填充体8、16的形状可根据不同增益池外形设计加工成不同形状。本实施例的第一、二金属填充体8、16为柱状回转体，与增益池窗口抵接一端的端面及远离增益池11另一端的端面均垂直于填充体通光孔9的轴向中心线。第一金属填充体8另一端的端面与炉腔2的左端内壁之间设有固定弹簧7，该固定弹簧7位于填充体通光孔9轴向中心线的上方。第一金属填充体8上沿轴向设有盲孔，该盲孔内安装有对增益池11左端窗口进行加热的一级控温加热块4；第一金属填充体8上的盲孔及一级控温加热块4均位于填充体通光孔9的轴向中心线下方，第一金属填充体8下方的炉腔侧壁上设有第一滑道5，第一金属填充体8的下部设有与该第一滑道5配合连接的连接销6。相应地，第二金属填充体16另一端的端面与炉腔2的右端内壁之间设有固定弹簧7，该固定弹簧7位于填充体通光孔9轴向中心线的下方。第二金属填充体16上沿轴向钻有盲孔，该盲孔内安装有对增益池11右端窗口进行加热的一级控温加热块4；第二金属填充体16上的盲孔及一级控温加热块4均位于填充体通光孔9的轴向中心线上方，第二金属填充体16上方的炉腔侧壁上设有第二滑道13，第二金属填充体16的顶部设有与该第二滑道13配合连接的连接销6。本实施例的第一、二金属填充体8、16可采用热导率高的金属材料，如铜、铝等。一级控温加热块4包括加热电阻丝20、导热硅胶21及热电偶22，其中加热电阻丝20及热电偶22分别容置在盲孔内，并在盲孔内涂有导热硅胶21填充固定；导热硅胶21起固定及热耦合的作用，热电偶22的测温点与增益池11的窗口直接接触，用于对窗口温度进行监测。滑道、连接销及固定弹簧的设计，极大地方便了增益池的安放、固定和光路调节；同时，固定弹簧在加热过程中还起到释放热应力、保护增益池的作用。

增益池11左右两端的窗口由第一、二金属填充体8、16上的一级控温加热块4进行加热，上下两侧壁壳体1之间则填充有对增益池11两侧壁进行加热的陶瓷填充体10。由于金属材料的热导率即传热效率远远高于陶瓷材料，且采用窗口加热方式，因此可以保证加热过程中，增益池11窗口的温度高于侧壁的温度，从而避免碱金属在加热过程中在窗口处的凝结，有效避免碱金属增益池的窗口污染问题，提高碱金属增益池的使用寿命，提高增益池的吸收效率和单程透过率。增益池11的下部向下延伸、依次穿过壳体1、隔热电木板17，与二级控温加热块18相连接；二级控温加热块18主要负责对装有碱金属源的增益池部分进行温度控制，在加热过程中，通过将二级控温加热块18的温度设置低于一级控温加热块4的温度，从而使主体部分增益池内的碱金属蒸汽的饱和蒸汽压高于二级控温加热块内增益池部分的饱和蒸汽压，碱金属蒸汽过量时将向温度较低的二级控温加热块内装有碱金属的增益池部分扩散凝结，进一步降低主体内碱金属凝结造成窗口污染和单程透过率降低的风险。

本实施例的基体为俯仰调节装置19，该俯仰调节装置19包括安装架扩调节螺钉，所述安装架上均布有多个螺纹孔，每个螺纹孔内分别螺纹连接有调节螺钉，通过旋转所述调节螺钉调整壳体1的放置角度，进而对增益池在实验光路中的俯仰角进行调节，便于碱金属激光器光路的调节。该俯仰调节装置19调节角度的范围为0～5°。

实施例2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：增益池11两端窗口及第一、二金属填充体8、16与窗口抵接的端面均为斜面、倾斜于填充体通光孔9的轴向中心线，使得本发明可设计成布儒斯特角形状，倾斜角度可为30°～90°。

本发明可有效解决碱金属增益池的窗口污染问题，提高碱金属增益池的使用寿命，提高增益池的吸收效率和单程透过率，进而提高碱金属激光器的出光功率和光效率。

Claims (10)

1.一种碱金属增益池加热炉，其特征在于：包括壳体（1）、金属填充体、一级控温加热块（4）、二级控温加热块（18）及基体，其中二级控温加热块（18）放置在基体上，所述壳体（1）与该二级控温加热块（18）相连；所述壳体（1）内开有炉腔（2），壳体（1）的两端分别开有与所述炉腔（2）相连通、供光通过的壳体通光孔（3）；所述炉腔（2）内容置有增益池（11），该增益池（11）两端的炉腔（2）内分别填充有固定增益池（11）的金属填充体，所述增益池（11）由壳体（1）穿出、并与所述二级控温加热块（18）相连接；所述增益池（11）两侧的金属填充体上分别设有对增益池（11）两端的窗口进行加热的一级控温加热块（4），并在所述金属填充体上沿轴向开有供光通过的填充体通光孔（9）；所述增益池（11）的两侧与壳体（1）之间填充有对增益池（11）两侧壁加热的陶瓷填充体（10）。

2.按权利要求1所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述增益池（11）两端的金属填充体与增益池（11）窗口接触的端面垂直或倾斜于所述填充体通光孔的轴向中心线。

3.按权利要求1或2所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述金属填充体远离增益池（11）窗口的端面与炉腔（2）内壁之间设有固定弹簧（7）。

4.按权利要求3所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述增益池（11）两端的金属填充体与炉腔（2）内壁之间的固定弹簧（7）分别位于炉腔（2）轴向中心线的上下两侧。

5.按权利要求1或2所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述炉腔（2）侧壁上设有滑道，金属填充体上设有与该滑道配合连接的连接销（6）。

6.按权利要求5所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述增益池（11）一端的金属填充体上的连接销（6）及炉腔（2）侧壁上的滑道与增益池（11）另一端的金属填充体上的连接销（6）及炉腔（2）侧壁上的滑道分别位于炉腔（2）轴向中心线的上下两侧。

7.按权利要求1或2所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述二级控温加热块（18）与壳体（1）之间设有隔热电木板（17），所述增益池（11）的下部向下延伸、依次穿过壳体（1）、隔热电木板（17），与所述二级控温加热块（18）相连接；所述二级控温加热块（18）的温度低于一级控温加热块（4）的温度。

8.按权利要求1或2所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述金属填充体上沿轴向设有盲孔，所述一级控温加热块（4）安装在该盲孔内；所述一级控温加热块（4）包括加热电阻丝（20）、导热硅胶（21）及热电偶（22），其中加热电阻丝（20）及热电偶（22）分别容置在所述盲孔内，并通过导热硅胶（21）填充固定。

9.按权利要求8所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述增益池（11）两端的金属填充体上的盲孔分别位于填充体通光孔（9）轴向中心线的上下两侧；所述壳体（1）、炉腔（2）均为柱状回转体，壳体（1）、炉腔（2）、壳体通光孔（3）、金属填充体、填充体通光孔（9）的轴向中心线共线，并与所述盲孔的轴向中心线平行。

10.按权利要求1或2所述的碱金属增益池加热炉，其特征在于：所述基体为俯仰调节装置（19），该俯仰调节装置（19）包括安装架扩调节螺钉，所述安装架上均布有多个螺纹孔，每个螺纹孔内分别螺纹连接有调节螺钉，通过旋转所述调节螺钉调整所述壳体（1）的放置角度。