CN105680294A - 一种二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池 - Google Patents
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Abstract
二极管泵浦碱金属蒸汽激光器属于气体激光器范畴，其常压下吸收带宽很窄，大大限制了激光器的发展。要想增加吸收带宽，研制高压增益池非常必要。研制二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池需要克服的技术难点在于：不采用非金属密封圈，如何在高压情况下使石英窗口与金属增益池主体之间密封，同时在加热-冷却过程中石英池窗口不会因金属增益池的热应力挤压而破裂。这些问题成为研制二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池的技术瓶颈。本发明涉及新型激光器技术领域，更具体地，本发明涉及一种解决二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池的技术难题，使二极管泵浦碱金属蒸汽的吸收谱线更宽，更有利于泵浦光的吸收和激光的产生。
Description
技术领域
本发明涉及新型激光器技术领域，更具体地，本发明涉及一种解决二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池的技术难题，使二极管泵浦碱金属蒸汽的吸收谱线更宽，更有利于泵浦光的吸收和激光的产生。
背景技术
二极管泵浦碱金属蒸汽激光器属于气体激光器范畴，其常压下吸收带宽很窄，大大限制了激光器的发展。要想增加吸收带宽，研制高压增益池非常必要。由于碱金属性质非常活泼，与绝大多数的非金属材料甚至大多数金属材料都会产生反应，同时考虑到增益池材质的承压能力，这就对增益池材质的筛选有了严格的限制，只能选择不与碱金属反应的金属材质。而增益池窗口采用石英材质。实验过程中需要对增益池进行加热并达到一定的温度(200℃以上)，以使碱金属蒸发产生碱金属蒸汽。这样，研制二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池需要克服的技术难点在于：不采用非金属密封圈，如何在高压情况下使石英窗口与金属增益池主体之间密封，同时在加热-冷却过程中石英池窗口不会因金属增益池的热应力挤压而破裂。这些问题成为研制二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在高温高压下长时间使用、并能反复使用、对碱金属无污染的二极管泵浦的碱金属蒸汽高压增益池。
一种二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池，包括增益池主体、石英窗口、窗口法兰；增益池主体为圆柱体结构，于圆柱体的上下两端面上分别开设有圆柱形凹槽，即分别掏一个圆柱形的池子，两个圆柱形的池子与增益池主体不同轴，两个圆柱形的池子并以增益池主体的中心为对称中心呈对称结构；于两个圆柱形池子底部中心处之间开设有通孔，使两个圆柱形池子中心通过一个圆柱形贯通孔而贯通，圆柱形贯通孔的轴线连接两个圆柱形池子底面的中心，并通过增益池主体的中心；于两个圆柱形池子内分别设有缓冲卡环结构，缓冲卡环为轴截面为梯形的环形结构，即环形结构的一个圆形端面面积小于另一个圆形端面面积，缓冲卡环与圆柱形池子同轴，环形结构的较小的圆形端面面向池子的底面设置；于增益池主体的一个端面上设置一个通气孔，通气孔与增益池主体另一个端面的圆柱形池子贯通；于两个圆柱形池子内分别放置有石英窗口，于两个圆柱形池子的开口端分别设有窗口法兰。
缓冲卡环为由圆柱形池子的内壁面向轴心和池子底面方向延伸出来，缓冲卡环与圆柱形池子同轴，缓冲卡环为轴截面为梯形的环形结构，即环形结构的一个圆形端面面积小于另一个圆形端面面积，延伸方向与轴线呈3-5度倾斜角度，环形结构壁面厚度为0.1mm-0.5mm。
石英窗口为两块上下底面不等直径的圆锥台形结构，石英窗口顶面较大，面向池子底面的石英窗口底面较小。
两块石英窗口由底面向里嵌入增益池主体的两个圆柱形池子内，并与圆柱形池子的底面之间留有一定距离，石英窗口的底面与圆柱形孔的底面之间形成空腔，空腔内放置碱金属。
石英窗口与增益池主体之间通过缓冲卡环进行密封连接；除密封作用外，缓冲卡环还对石英窗口起缓冲作用，避免高压情况和加热-冷却过程由于应力过大导致石英窗口破裂；
石英窗口和增益池主体通过窗口法兰进行固定；窗口法兰和石英窗口间通过密封垫进行密封。
于增益池主体上的通气孔处设有气孔活塞，气孔活塞可与增益池主体上的通气孔连接，气孔活塞上设有阀门，增益池可通过气孔活塞阀门的开闭与外界连通或隔绝。
本发明的优势在于采用金属缓冲卡环结构，由于缓冲卡环厚度很小，既有刚性又有一定的弹性，在高压情况下可以对石英窗口进行密封，同时在加热-冷却过程中可以起到缓冲的作用，避免由于增益池的热应力挤压使石英破裂。整个增益池采用不与碱金属反应的材质，以确保对碱金属蒸汽无污染。
以下结合附图和实施例详细描述本发明的基本组成与工作原理：
附图说明
图1二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池；
图中，1-增益池主体2-圆柱形池子3-圆柱形贯通孔4-缓冲卡环5-石英晶体6-窗口法兰7-通气孔8-气孔活塞。
具体实施方式
如图1所示，整套增益池包括：增益池主体、石英窗口、窗口法兰、气孔活塞。增益池主体为圆柱形，圆柱形高度为100mm，直径为120mm；于圆柱形的上下两端分别掏一个圆柱形的池子，圆柱形池子直径为40mm，两个圆柱形的池子轴线相距60mm，并以增益池主体的中心为对称中心呈对称结构；两个圆柱形池子中心通过一个圆柱形贯通孔贯通，圆柱形贯通孔的轴线连接两个圆柱形池子底面的中心，并通过增益池主体的中心；圆柱形池子内设有缓冲卡环结构，缓冲卡环为由圆柱形池子的壁面延伸出来，与圆柱形池子同轴的环形结构(缓冲卡环为轴截面为梯形的环形结构，即环形结构的一个圆形端面面积小于另一个圆形端面面积)，环形结构厚度为0.1mm，圆环宽3mm；于增益池的一个底面设置一个通气孔，通气孔与增益池主体另一个底面的圆柱形池子贯通。
石英窗口为两块上下底面不等直径的圆锥形结构，顶面直径39.5mm，底面直径36mm。两块石英窗口由底面向里嵌入增益池主体的两个圆柱形孔内，并与圆柱形孔的底面之间有一定距离，石英窗口的底面与圆柱形孔的底面之间形成空腔，空腔内放置碱金属。
石英窗口与增益池主体之间通过缓冲卡环进行密封连接；除密封作用外，缓冲卡环还对石英窗口起缓冲作用，避免高压情况和加热-冷却过程由于应力过大导致石英窗口破裂；
石英窗口和增益池主体通过窗口法兰进行固定；窗口法兰和石英窗口间通过密封垫进行密封。
气孔活塞可与增益池主体上的通气孔连接，气孔活塞上设有阀门，增益池可通过气孔活塞阀门的开闭与外界连通或隔绝。
增益池的装配需要在无氧洁净环境进行。将碱金属放置于增益池的圆柱形池子底部，将石英窗口、窗口法兰、气孔活塞装配好，通过气孔活塞将缓冲气体充入增益池内，最后将气孔活塞的阀门关闭。
实验中首先对增益池进行加热至200℃以上，产生一定的碱金属蒸汽。采用二极管激光器对增益池进行泵浦，泵浦光通过一侧的石英窗口垂直入射，产生的激光穿过圆柱形贯通孔和另一侧石英窗口并与石英窗口呈一定角度输出。
实验证明，该增益池能够承受7公斤以上的压力，且石英窗口在加热-冷却的循环过程中无损伤，完全满足二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池的使用要求。
Claims (7)
1.一种二极管泵浦碱金属蒸汽高压增益池，其特征在于：
包括增益池主体、石英窗口、窗口法兰；增益池主体为圆柱体结构，于圆柱体的上下两端面上分别开设有圆柱形凹槽，即分别掏一个圆柱形的池子，两个圆柱形的池子与增益池主体不同轴，两个圆柱形的池子并以增益池主体的中心为对称中心呈对称结构；于两个圆柱形池子底部中心处之间开设有通孔，使两个圆柱形池子中心通过一个圆柱形贯通孔而贯通，圆柱形贯通孔的轴线连接两个圆柱形池子底面的中心，并通过增益池主体的中心；于两个圆柱形池子内分别设有缓冲卡环结构，缓冲卡环为轴截面为梯形的环形结构，即环形结构的一个圆形端面面积小于另一个圆形端面面积，缓冲卡环与圆柱形池子同轴，环形结构的较小的圆形端面面向池子的底面设置；于增益池主体的一个端面上设置一个通气孔，通气孔与增益池主体另一个端面的圆柱形池子贯通；于两个圆柱形池子内分别放置有石英窗口，于两个圆柱形池子的开口端分别设有窗口法兰。
2.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:缓冲卡环为由圆柱形池子的内壁面向轴心和池子底面方向延伸出来，缓冲卡环与圆柱形池子同轴，缓冲卡环为轴截面为梯形的环形结构，即环形结构的一个圆形端面面积小于另一个圆形端面面积，延伸方向与轴线呈3-5度倾斜角度，环形结构壁面厚度为0.1mm-0.5mm。
3.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:石英窗口为两块上下底面不等直径的圆锥台形结构，石英窗口顶面较大，面向池子底面的石英窗口底面较小。
4.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:两块石英窗口由底面向里嵌入增益池主体的两个圆柱形池子内，并与圆柱形池子的底面之间留有一定距离，石英窗口的底面与圆柱形孔的底面之间形成空腔，空腔内放置碱金属。
5.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:石英窗口与增益池主体之间通过缓冲卡环进行密封连接；除密封作用外，缓冲卡环还对石英窗口起缓冲作用，避免高压情况和加热-冷却过程由于应力过大导致石英窗口破裂。
6.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:石英窗口和增益池主体通过窗口法兰进行固定；窗口法兰和石英窗口间通过密封垫进行密封。
7.根据权利要求1所述增益池，其特征在于:于增益池主体上的通气孔处设有气孔活塞，气孔活塞可与增益池主体上的通气孔连接，气孔活塞上设有阀门，增益池可通过气孔活塞阀门的开闭与外界连通或隔绝。
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