一种双层结构的碱金属蒸气室的制作方法

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种双层结构的碱金属蒸气室。

背景技术：

DPAL(半导体泵浦碱金属蒸气激光器)是一种增益介质为蒸气状态碱金属的新型光泵浦气体激光器，增益介质的温度通常为80～200℃。DPAL的增益介质主要为蒸气状态的钾、铷或铯，因其具有量子效率高、热管理问题小、光束质量好及输出激光波长处于大气传输窗口等优势，因此被认为在高功率激光输出领域有较为广阔的前景。

在DPAL装置中，蒸气室内充有缓冲气体，用于D2线吸收线加宽和增大精细结构混合速率。目前通常使用的蒸气室制作方法是采用蒸气室与法兰之间加密封垫圈的方式进行腔体与窗口片之间的密封。该密封方式对橡胶圈材质的化学稳定性和物理性质都具有较高的要求。而且一旦蒸气室在加热或维持高温的状态下漏入些许外界气体都会导致蒸气室内碱金属变质，这导致使用该种方案制作的蒸气室使用寿命较短。加热过程中由于热膨胀不均匀导致的漏气会引起碱金属的变质，影响其使用寿命。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提供了一种双层结构的碱金属蒸气室。

(二)技术方案

本发明提供了一种双层结构的碱金属蒸气室，包括：内层蒸气室11和外层保护气室21；其中，所述内层蒸气室11设置于所述外层保护气室21内部，并通过绝热支撑结构与所述外层保护气室21固定在一起，内层蒸气室窗口12与外层保护气室窗口22同轴设置以形成激光通道，所述内层蒸气室11填充缓冲气体，所述外层保护气室21填充保护气体。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的双层结构的碱金属蒸气室具有以下有益效果：

(1)采用双层结构增强了碱金属蒸气室的整体密封性；

(2)将高温状态下的内层蒸气室与外界通过外层保护气室进行隔离，在保证气密性的前提下，大大降低了对内层蒸气室高温密封性能的要求，拓宽了可采用的密封结构种类；

(3)即使内层蒸气室发生由于高温及受热不均引起的微小泄漏，漏入内层蒸气室的气体是外层保护气室的保护气体而非外界空气，而由于内外层蒸气室之间由热导率较低的气体填充，外层蒸气室可稳定保持高密封状态，因此不会导致内层蒸气室的碱金属变质，延长了碱金属蒸气室的使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例的双层结构的碱金属蒸气室的纵剖面图。

【符号说明】

11-内层蒸气室；12-内层蒸气室窗口；13-内层法兰板；14-加热装置；15-绝热支撑架；16-缓冲气体充排气管；17-内层窗口片；

21-外层保护气室；22-外层保护气室窗口；23-外层法兰板；24-保护气体充排气管；25-外层窗口片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种双层结构的碱金属蒸气室，其包括：内层蒸气室11和外层保护气室21；其中，

内层蒸气室11设置于外层保护气室内部，并通过绝热支撑结构与外层保护气室21固定在一起，内层蒸气室窗口12与外层保护气室窗口22同轴设置以形成激光通道，内层蒸气室11填充缓冲气体，外层保护气室21填充保护气体。

其中，内层蒸气室的两个端壁各开有一内层蒸气室窗口12，外层保护气室的两个端壁各开有一外层保护气室窗口22，两个内层蒸气室窗口12和两个外层保护气室窗口22位于同一轴线，形成激光通道。

内层法兰板13通过螺丝紧固在内层蒸气室的端壁，并将内层窗口片17以及内层窗口片17和内层蒸气室窗口12之间的密封垫圈压紧在内层蒸气室窗口12端面上，内层窗口片17通过密封垫圈将内层蒸气室11密封；外层法兰板23通过螺丝紧固在外层保护气室端壁，并将外层窗口片25以及外层窗口片25和外层保护气室窗口22之间的密封垫圈压紧在外层保护气室窗口22端面上，外层窗口片25通过密封垫圈将外层保护气室21密封。

优选地，内层窗口片17和外侧窗口片25为抗碱金属腐蚀的并且损伤阈值很高的蓝宝石材料，内层蒸气室11和外层保护气室21均为对碱金属化学性质稳定的不锈钢金属材料。

在其他实施例中，也可以使用CF法兰结构，将内层窗口片17与内层法兰板13焊接，利用刀口密封将内层法兰板13固定于内层蒸气室窗口12端面上；将外层窗口片25与外层法兰板23焊接，利用刀口密封将外层法兰板23固定于外层保护气室窗口22端面上。

内层蒸气室侧壁覆盖有加热装置14，以对内层蒸气室内的缓冲气体加热，优选地，加热装置14为加热丝或加热片。

优选地，内层蒸气室11与外层保护气室21结构相同，均为六面体、圆柱体或椭圆柱体结构。

优选地，内层蒸气室侧壁通过绝热支撑结构与外层保护气室侧壁固定连接，所述绝热支撑结构起到固定支撑内层蒸气室的作用，将内层蒸气室11固定于外层保护气室内部；所述绝热支撑结构包括至少一组绝热支撑架15，优选两组绝热支撑架15；所述绝热支撑结构采用热导率较低的玻璃、陶瓷材料。

优选地，外层保护气室侧壁连接一保护气体充排气管24，将外层保护气室21与保护气体源连通，用于向外层保护气室21填充保护气体和从外层保护气室21排出保护气体；内层蒸气室侧壁连接一缓冲气体充排气管16，该缓冲气体充排气管16穿透外层保护气室侧壁，将内层蒸气室11与填充气体源连通，用于向内层蒸气室11填充缓冲气体和从内层蒸气室11排出缓冲气体；保护气体选用对泵浦光吸收率低、热导率小且对碱金属化学性质稳定的气体，例如氦气或氩气；缓冲气体选用可以加宽D2线且增大精细结构混合速率的气体，例如氦气与甲烷的混合气体。

本发明实施例的双层结构的碱金属蒸气室，半导体泵浦光经一侧的外层保护气室窗口进入外层保护气室，再经内层蒸气室窗口进入内层蒸气室，内层蒸气室中的碱金属原子在缓冲气体的碰撞加宽及精细结构混合速率加快作用下被泵浦产生增益，并在谐振腔的作用下产生激光。

本发明实施例的双层结构的碱金属蒸气室，采用双层结构增强了整体密封性；将高温状态下的内层蒸气室与外界通过外层保护气室进行隔离，在保证气密性的前提下，大大降低了对内层蒸气室高温密封性能的要求，拓宽了可采用的密封结构种类；并且，即使内层蒸气室发生由于高温及受热不均引起的微小泄漏，漏入内层蒸气室的气体是外层保护气室的保护气体而非外界空气，而由于内外层蒸气室之间由热导率较低的气体填充，外层蒸气室可稳定保持高密封状态，因此不会导致内层蒸气室的碱金属变质，延长了碱金属蒸气室的使用寿命。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和步骤的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状和步骤，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)本发明还可用适用于其他形状气室结构；

(2)本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；

(3)实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；

(4)上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

综上所述，本发明的双层结构的碱金属蒸气室，采用双层结构增强了整体密封性；将高温状态下的内层蒸气室与外界通过外层保护气室进行隔离，在保证气密性的前提下，大大降低了对内层蒸气室高温密封性能的要求，拓宽了可采用的密封结构种类；并且，即使内层蒸气室由于高温及加热不均发生微小泄漏，而外层蒸气室由于与内层的良好隔热仍可以保证良好的气密性，漏入内层蒸气室的气体是外层保护气室的保护气体而非外界空气，因此不会导致内层蒸气室的碱金属变质，延长了碱金属蒸气室的使用寿命。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。