[發明專利]內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器

無效

• 申請號: 201410120416.7
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103928823A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 陳飛;徐艷;高飛;謝冀江;李殿軍;楊貴龍;郭勁
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S3/03
• 分類號: H01S3/03;H01S3/041;H01S3/036;H01S3/034
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于激光技術領域，具體涉及內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器。

背景技術

近幾年，LD泵浦堿金屬蒸汽激光器因具有高效率、高功率和高光束質量輸出的潛在優勢，成為激光領域內的一大研究熱點。

該激光器的堿金屬增益介質是以原子蒸汽形式存在，因而需要密封在一個通光增益池中。由于堿金屬具有很活潑的化學性質，增益池中不能有氧氣或水蒸汽的存在。通常，在真空環境中首先將固態堿金屬封入增益池中，然后加熱增益池，使固態堿金屬變為液態，堿金屬液體在有限的密閉增益池中蒸發形成堿金屬蒸汽原子。為了給激光振蕩提供足夠的增益，必須保持堿金屬蒸汽以足夠大的原子密度存在。堿金屬蒸汽原子密度由增益池中的飽和蒸汽壓決定，飽和蒸汽壓由堿金屬液體與蒸汽接觸的表面溫度決定，溫度越高，飽和蒸汽壓越大。因而，堿金屬蒸汽激光器需要工作在一個恒定的溫度環境中。

然而，在蒸汽壓差作用下，堿金屬蒸汽原子會由溫度較高的地方向溫度較低的地方移動，當遇到較冷的物體時，堿金屬蒸汽就會凝結為液體或固體。在不采取任何措施的情況下，增益池的通光窗口由于暴露在外部環境，其溫度較低，會導致堿金屬蒸汽凝結在窗口上。其不利結果是增大腔內損耗，甚至導致激光器停止運轉，不利于激光器的穩定運行。

針對該問題，現有的解決辦法是使通光窗口的溫度高于增益池內部堿金屬蒸汽的溫度，從而避免堿金屬蒸汽在窗口上的凝結。其技術途徑是對增益池進行分區加熱，即對池體和窗口進行分段加熱，從而使窗口的溫度略高于增益池的溫度。如圖1所示，為分區加熱的一種實例：分別在左端窗口1和右端窗口3外部纏繞加熱絲4和加熱絲6進行加熱，同樣在增益池的中間池體2外部纏繞加熱絲5，使兩端窗口的溫度略高于中間池體的溫度。但是分區加熱的方式增加了加熱系統的復雜性，尤其對于較短的增益池，這種加熱方式尤為不便，而且在增益池軸向上也難以保證溫度具有很好的均勻性。

發明內容

本發明為解決現有堿金屬激光器對增益池進行分區加熱存在的問題，提出一種結構緊湊的、穩定運轉的內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器。

本發明的技術方案是：

內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器，包括增益單元和諧振腔，其特征是，

增益單元為熱管結構，左窗口和右窗口設置在管殼兩端且密封；加熱器、左制冷器、右制冷器、左隔溫材料層和右隔溫材料層均為環形，加熱器套在管殼中央，在加熱器兩端等距離處對稱設置左制冷器和右制冷器，在左制冷器和加熱器之間填充左隔熱材料層，在右制冷器和加熱器之間填充右隔熱材料層；管殼內襯有吸液芯，吸液芯的長度從左制冷器左端和右制冷器右端；在左窗口和左制冷器之間設置左充氣口，在右窗口和右制冷器之間分別設置右充氣口；兩充氣口都靠近各自相鄰的窗口；

諧振腔整合到熱管增益單元中，左窗片直接作為全反鏡，該全反鏡對泵浦光全部透射，但對振蕩光全部反射；泵浦光P由左窗片入射；右窗片直接作為輸出鏡，該輸出鏡對泵浦光全部反射，但對振蕩光部分反射，激光由右窗片輸出。

本發明的有益效果是：

1、堿金屬蒸汽被限制在管殼中央，從而避免了堿金屬蒸汽與窗口的物理接觸，防止在通光窗口上形成斑點而造成腔內損耗增大。

2、管殼中的堿金屬蒸汽一直處于循環流動狀態，因而具有很高的導熱性，能夠把激光器運轉過程中產生的廢熱很快地傳遞到冷凝段，從而提高了激光器的熱管理性能。

3、由于熱管具有優良的等溫性，管殼內各處的堿金屬蒸汽原子密度具有很高的均勻性，因而利于實現增益的均勻分布。

4、本發明將諧振腔整合到所述增益單元中的結構，組成內腔式結構的激光器，從而實現堿金屬激光器的小型化，并且減小了腔內損耗。

附圖說明

圖1是現有為分區加熱式堿金屬蒸汽激光器中的增益單元。

圖2是本發明內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

如圖2所示，內腔式熱管型堿金屬蒸汽激光器，包括增益單元和諧振腔。

增益單元為熱管結構，包括管殼15、左窗口16、右窗口17、加熱器10、左制冷器8、右制冷器13、吸液芯11、左隔溫材料層9、右隔溫材料層12、左充氣口7和右充氣口14。加熱器10、右制冷器13、吸液芯11、左隔溫材料層9和右隔溫材料層12均為環形結構套在管殼15上。