专利名称：激光放大器的吸水装置和制造这种装置的方法
技术领域：
本发明涉及激光放大器的吸水装置以及制造这种装置的方法。
在通信和光导纤维传输领域采用激光放大器。众所周知，在这种应用中，信号是沿玻璃纤维传送的光脉冲。当沿光导纤维传送时，该光学信号将衰减，由于这种衰减，在隔一定的距离，通常在隔50～100公里的距离，或在进行分线时需要进行信号放大。
为此目的应用了一些称为激光放大器的装置，在这些装置中，信号被放大到原来的强度。光学放大器一般包括电子器件和激光装置例如高功率的砷化镓(GaAs)激光装置。该激光装置是放大光学信号的活性源件。该激光装置装在一个容器中，该容器可以控制激光装置本身周围的气体环境，以确保其工作。特别需要防止该激光装置与潮气接触，这种潮气可能造成装置中电子线路的短路或造成这种装置制作材料的腐蚀。
水可以作为制造工艺中的残留物保持在容器中，或在工作时可以在放大器中产生，这种产生是由于放大器壁释放的氧气和氢气反应的结果；这种潮气也可以通过痕量的有机化合物(例如在制造放大器时所用的酒精或胶)和氧气之间的反应产生。按照美国专利NO 5392305的说明，一般还特意将氧气加入到装置的充气气氛中(一般为氮或稀有气体)，加入量至少为100ppm，以便除去痕量的有机化合物，这种有机化合物众所周知对于放大器寿命具有有害的作用。
在美国专利NO 5696785中说明了在激光放大器中应用的吸气材料，该专利公开一种可以吸附各种气体的系统，这些气体包括水分，该系统至少由天然的或人造的沸石、在多孔石英中选出的化合物、活性炭、氧化铝和一定量沸石以及粘合上述组分的有机试剂组成。采用适当的热处理使这种混合物紧密结合，并形成其厚度不超过1毫米的薄片，将这种薄片粘接在放大器容器内表面的一个表面上。然而此专利中说明的吸附系统比较复杂，而且还没有说明如何固定在激光容器的里面。另外，采用这种方法还有危害性，即这种吸气材料的粉末或碎片很容易在激光放大器容器中飞扬；而且这种颗粒可以与放大器的各种器件进行化学反应，或使其在机械上受到损坏，或可能在激光放大器的光路上飞扬，因此在任何情况下均损害了放大器的操作。
欧洲专利申请EP-A-720260公开另一种激光放大器的气体吸附系统，在这种系统中吸气材料为压片，或上述美国专利NO 5696785所述的薄片，或为疏松的粉末形状，将这种吸气材料装在一个适当的外壳中，放大器中的气氛只能通过可以透气的透气表面进行接触，但该透气表面仍能固定该固体颗粒。这种结构可以防止吸气材料的碎片或粉末在容器中飞扬。该透气表面(例如微孔金属板)固定在吸气外壳的其它壁上或利用焊接法直接固定在激光容器的壁上；可以用不同的方式进行焊接，例如用接触焊焊接，由于焊接的尺寸很小，也可采用激光焊接。为确保这种系统不渗漏吸气颗粒，要求上述焊接是连续焊接(连续“焊缝”的焊接)。然而众所周知，对于几毫米长度或十分之几毫米长度的焊接要进行完全连续的焊接是很难的这种焊接的断焊点对于欧洲专利申请EP-A-720260所述的吸气装置是很严重的问题，因为这些断开点可能形成吸气剂粉末的渗漏通道，这些粉末可以通过断焊点进入放大器的内部空间，造成上述麻烦事情。另外，还经常产生连续“焊缝”焊接的几乎不连接的焊疤，这种焊疤可能脱下来，由此产同样生上述的吸气剂粉末飞扬的问题。
本发明的目的是提供一种没有先有技术的那些缺点的一种激光放大器的吸水装置，以及制造这种装置的方法。
按照本发明可以获得此目的和其它目的，本发明的第一方面涉及吸水装置，该装置包括一种圆筒形的金属容器，其底部是密封的，朝上开口，在其上边缘具有机械保持部件；环形金属部件，具有L形截面，插入到容器中，其高度小于容器的高度，其圆筒表面的外直径稍小于容器的内直径，其平表面面向容器的内部；金属元件，是透气的，但仍能将固体颗粒固定在截面形状为L形的金属部件的平表面和容器的上述机械保持部件之间，该机械保持部件与容器的底部和截面为L形的圆筒壁一起构成一个空间；在上述空间中的吸水剂。
下面参照
本发明，这些附图是图1示出本发明一种装置的横截面图；图2示出用在本发明装置中的截面为L形的环形金属部件；图3～5示出将本吸气装置固定在激光放大器内部的各种方式；图6～8示出在制造本发明装置时各种中间状态或中间制品。
参考图1和2，本发明的装置10由主容器11构成，该容器中环形沟槽形部件13具有L形横截面；该容器11的上边缘具有部分12，该部分构成上述保持部件，并与部件13的表面15配合，可将部件16牢固固定就位。部件16的作用是使气体可以从外边进入到装置的内部空间17，该空间由部件11、13和16的内壁形成。因此在同时可以防止吸水剂18的颗粒离开上述内部空间，进入放大器的内部空间。图1仅示出部分空间17由吸水剂18充满，旨在更清楚地示出空间本身，但是在本发明的装置中，该空间17通常是完全充满的。
很明显，装置10可以根据已经涉及的特定激光放大器而具有不同的尺寸。典型的尺寸例如为直径在4～8毫米之间，高度在1.5～3毫米之间。
在可能的替代实施例中，本发明的装置在其底部具有许多突出部，该突出部用于将该装置固定在激光放大器的内壁上，这种替代实施例示于图3的装置10’，该装置除突出部外完全与装置10相同，因此不再详细说明。在装置10’底部上的突出部一般为3个，因为众所周知，用这种结构进行固定具有最好的机械稳定性；这种突出部最好形成在容器的底部上，彼此隔开120度的角距离。
一般用切削和深冲压金属片的方法制作容器11。一般采用的钢片兼有可塑性、机械强度大和不生锈的特性；最好采用AISI 304型钢，该钢片的厚度即容器壁的厚度一般在0.1～0.3毫米之间。
可以采用制造容器11的方法和材料制作截面为L形的环形部件13。上述部件具有圆筒表面14和平的环形表面15。该部件的外直径一般小于容器的内直径，小百分之几毫米，使得部件13可以容易地插入到容器11中，同时又可以尽量减小后者自由活动的可能性，此部件的高度一般在0.5～1毫米之间。表面15的宽度是通过一种折中方法决定，一方面需要使部件16得到稳定支撑，另一方面又要尽量不减少气体通向吸水剂18的通道表面；上述宽度一般约为1毫米。
部件16可以是任何一种具有良好透气性而且能够保持固体粒子的金属元件，例如该部件可以是具有微孔的金属板，但最好是金属粉末的烧结圆片，这种圆片通常应用于工业的各个方面，主要是用于过滤。对于本发明的目的最好采用烧结钢隔板，例如AISI 316L型隔板，其微孔径在约0.5～1微米之间，具有较小微孔径隔板使得气体的透过率降低，因而减少了吸附速度，同时这种隔板也是很昂贵的，而具有较大微孔径的隔板又可能使固体材料的粒子透过。部件16的直径与部件13的直径相同，而其厚度约为十分之几毫米厚，一般约为0.5毫米。
可以用任何吸气剂18充满装置10的内部空间17，该吸气剂最好采用天然的或人工合成的沸石，或按照以本申请人的名义申请的欧洲专利申请EP-A-960647中所述的方法制造的氧化硼。
图3～5示出将本发明吸气装置固定在激光放大器内壁上的若干可能方法。固定本发明装置的壁最好是密封该放大器的一般用Kovar合金(钴、铁和镍的合金)制作的盖部件，但是也可以配置在其它部位。
图3示出本发明的特殊形式的装置10’，在该装置中，容器11’在其底部具有突出部30、30’和30”。该装置10’用在上述突出部上形成的焊点固定于壁31。
图4示出本发明的装置10，该装置利用金属部件40固定就位，该金属部件作成适当的形状，通过焊点42、42’、42”和42固定于壁41上；部件40的主要表面上有一个大体圆形的开口43，该开口的直径小于装置10的直径，使得部分露出容器11的部分12，但完全露出部件16，因而不会减少流向吸水剂的气体。
图5示出固定部件另一可能实施例的横截面。在此实施例中，装置10由截面为L形的环形部件50固定就位；图中以部分截面图示出该部件50。利用铜焊或点焊52、52’……将固定部件50的圆筒壁51的底部固定在激光放大器的壁53上，用部件50的平表面54固定该装置10。和前一图的部件40类似，部件50也具有上部开口，该开口的直径不阻挡装置10的部件16的表面。
技术人员可以明显看出，可以采用点焊法将类似于部件40或50的其它实施例固定部件例如金属丝笼固定于壁上。
本发明在第二方面涉及制造上述吸水剂装置的方法，该方法包括以下步骤形成横截面为L形的环形部件，将其平表面朝下插入到底部封闭的具有适当几何尺寸的模具中；将吸水剂或吸水剂前体的粉末放入由截面为L形的部件构成的腔中，并压缩粉末，由此形成与上述L形部件构成一体的压缩粉末压片；将上述压片翻转过来，将其放入底部封闭的圆筒形容器中，该容器的直径稍大于该压片的直径；将透气的但仍能固定固体颗粒的金属元件放入到圆筒形容器中，将其放在上述的压片上面，上述金属元件的直径基本上与压片的直径相同；使容器的上边缘或其若干部分弯折在透气的金属部件上。
图6～8示出这一方法。在方法的第一步骤(图6的截面图)中，L形部件13在平表面朝下时插入到模具60中，将粉末吸水剂18充入到由此形成的空腔中，充满到顶部。然后用适当的冲压机冲压粉末18，由此与部件13一起形成单一部件，得到如图7所示的压片70，图7中，该压片相对于在冲压时的状态是倒过来的。为了确保压片70的机械稳定性，该粉末18可以混合添加剂，使得粉末容易粘接起来，并粘接在部件13上。如果材料18是沸石，则最好采用受潮状态的再外加少量粘接剂的沸石，该粘接剂最好是无机混合物，例如粘土等。如果采用氧化硼，则氧化硼已经具有适合于制造压片70的压缩性和粘接性，不需要添加其它组分。在采用不同的材料时，例如采用氧化钙时，仍需要求助于无机粘接剂，例如高岭土等。还可以用材料18的前体形成压片，然后在要装入装置10时，用适当的热处理得到吸水的活性材料。例如在应用氧化硼时，可用硼酸形成压片70，然后使该压片在最后的装置中分解，由此得到硼的氧化物，如上面引用的欧洲专利EP-A-960647所述。
图8是截面图，示出在制造装置10的工艺中得到的中间状态，该状态是在将压片70插入到封闭底部80的圆筒形容器中，然后将透气的而且可以固定固体颗粒的元件16插入到容器中，由压片70支撑之后所得到的。如图所示，压片70相对于其制造的方向是翻过来放在容器80中的。容器80的高度大于压片70和部件16总的高度，因此容器80的上部分81突出于部件16的上表面。在最后一个操作步骤中，将部分81弯折在部件16上，构成保持部件12，由此得到图1所示的装置10，为弯折该部分81，一般采用一套3～4种特形冲杆，各个冲杆使部分81部分弯折，直至弯曲90度的角度。
本发明的装置和方法与已知的方法相比具有许多优点。该装置10被作成为空间17可以由机械加工操作形成的部件完全密封，因此随后不需要沿连续的线进行焊接，如上所述，这种焊接不能确保完全固定粉末，并可能使焊接焊疤形成的金属碎末飞扬。在将部分81弯折在部件16上时，部件13的存在形成一个可以承受所加压力的肩部这样便可避免整个装置的机械形变(这种形变发生在电子装置上时是很不希望的，在这种电子装置中，一般要求很小的尺寸公差)，而且还可以避免作用在元件16上的压力直接传输到粉末上，造成在进行上述操作时粉末本身漏到容器外面。本发明的工艺反映出装置的优点。只要求一些简单的容易自动化的操作步骤，并可以避免在小尺寸部件上进行极高准确度的焊接操作。另外，在将压片70插入容器之前的步骤中(和在不同的操作室中)成形压片70时，该容器决没有暴露在存在松散粉末的气氛中，否则该粉末可能会粘接在该容器的外壁上，然后再释放到放大器中。
权利要求
1.一种用于激光放大器的吸水装置(10、10’)，该装置包括圆筒形的金属容器(11、11’)，具有封闭的底部和朝上的开口，该容器的上边缘具有机械保持部件(12)；截面为L形的环形金属部件(13)，该部件插入到容器中，其高度比容器小，该部件的圆筒形表面(14)其外直径稍小于容器的内直径，平表面(15)面向容器的内部；金属元件(16)，是透气的，但可以保持固体颗粒，固定在截面为L形的金属部件的平表面和容器的上述机械保持部件之间，该金属元件与容器的底部和截面为L形的圆筒形的壁形成空间(17)；在上述空间中的吸水剂(18)。
2.如权利要求1所述的装置(10’)，其特征在于，容器(11’)在其底部具有许多突出部(30、30’、30”)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，在容器底部上的突出部数量是三个，彼此相距120度的角距离。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该容器用金属片采用切削和冲压法制作。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，截面为L形的环形部件用金属片，采用切削法和冲压法形成。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该透气的金属元件是多孔的烧结钢隔板。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，上述多孔的隔板其微孔径在0.5～1微米之间。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该吸气剂是天然的或人工合成的沸石。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该吸气剂是氧化硼。
10.一种制造激光放大器吸水装置的方法，该方法包括以下步骤形成截面为L形的环形金属部件(13)，将该部件的平表面(15)朝下插入底部封闭的具有适当几何尺寸的模具(60)；将吸水剂(18)的粉末或该吸水剂的前体放入由截面为L形的部件构成的空穴中，然后压缩该粉末，得到压片(70)，该压片(70)由压缩的粉末构成，与上述L形部件形成一体；将上述压片倒过来，将其插入圆筒形容器(80)中，该容器具有封闭的底部，其直径稍大于该压片的直径；将透气的但是能够保持固体颗粒的金属元件(16)插入到圆筒容器中，将其放在上述压片上，上述金属元件的直径基本上与压片的直径相同；将容器的上边缘81或其若干部分向下弯折在透气的金属元件上。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，从粉末氧化硼出发制造上述压片。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，从混有添加剂的吸水材料粉末出发制造上述压片，该添加剂可以增加粉末本身的粘接性和对L形部件(13)的粘接性。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该吸气剂是沸石，其添加剂是水。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，粘土填加在沸石和水的混合物中。
15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，从硼酸出发制造上述压片。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在最后装置(10)中使硼酸热分解成氧化硼。
全文摘要
一种容器中的吸水装置(10)，该吸水装置由粉末吸水剂(18)构成，该吸水装置是透气的，但是能够保持固体颗粒，并不需要焊接，还提出一种制造上述装置的方法。
文档编号B01D53/26GK1436386SQ01811280
公开日2003年8月13日 申请日期2001年6月15日 优先权日2000年6月16日
发明者保罗·德拉·波尔塔, 保罗·巴蒂拉纳, 卢恰诺·皮索尼 申请人:工程吸气公司