增益介質局部雙向交替流動的dpal激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及激光器技術領域，尤其涉及一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器。
【背景技術】
[0002]DPAL(半導體栗浦堿金屬蒸氣激光器)是一種增益介質為蒸氣狀態堿金屬的新型光栗浦氣體激光器，增益介質的溫度通常為100?SOOtC13DPAL的增益介質主要為蒸氣狀態的鉀、銣或銫，其能級結構如圖1所示。圖1中，η是最外層電子所在電子層數，K、Rb、Cs對應的η分別為4、5、6。1131/2為基態能級，ηΡι/2和ηΡ3/2為最外層電子自旋-軌道相互作用而劈裂產生的激發態能級。由基態至兩上能級的躍迀分別對應于D2和Dl線。
[0003]DPAL激光器首先于2003年，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的Krupke等人實現了堿金屬激光器Dl線激光輸出。這種機制的堿金屬激光器采用對應D2線波長的栗浦源栗浦，具有95%以上的量子效率，且增益介質是氣體，熱透鏡效應不明顯。因此，DPAL被認為是一種有望實現單口徑MW級激光輸出的新型激光器。其在高功率輸出方面的潛力也得到了國內外眾多高功率研發機構的關注。
[0004]美國通用原子Krupke等人于2007年提交的名為“alkal 1-vapor laser withtransverse pumping”(側面栗浦堿金屬激光器)的專利中，描述了一種側面栗浦增益橫向流動的堿金屬蒸氣激光器，其示意圖如圖2所示。該裝置中蒸氣室通過進氣口與出氣口與管路相連，管中氣體通過圖中626所示的氣體栗在管路中單向循環，蒸氣室602在側面栗浦光的作用下實現激光放大，或在諧振腔的作用下受激輻射產生激光。氣體經過熱交換器624時實現再加熱。
[0005]如圖2所示的現有技術方案，需要使整個系統維持較高溫度，對系統整體的耐熱性和氣密性提出了很高的要求，使整個方案的技術實現難度大大增加;并且系統內高溫堿金屬蒸氣閉環流動，但因高溫堿金屬蒸氣具有極其活潑的化學性質，所以極易與管路及管路內器件發生反應導致堿金屬的消耗和管路的損壞；由于系統內風機需直接暴露在高溫環境下，且直接接觸流動氣體中混合的堿金屬，因此對風機的技術要求很高，不利于工程實現。
【實用新型內容】
[0006](一)要解決的技術問題
[0007]為解決上述問題，本實用新型提供了一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器。
[0008](二)技術方案
[0009]本實用新型提供了一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，其包括蒸氣室18、堿金屬生成裝置、堿金屬回收裝置、循環子系統、栗浦模塊和諧振組件;其中，蒸氣室18，其左右兩側分別連接至循環子系統，該循環子系統內充有緩沖氣體;堿金屬生成裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室一側的第一位置;堿金屬回收裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室另一側的第二位置，在第一位置和第二位置之間形成堿金屬蒸氣利用通道;栗浦模塊，其正對蒸氣室的栗浦窗口，其發出的栗浦光通過蒸氣室18，激勵其中的堿金屬蒸氣；諧振組件，其正對蒸氣室的激光窗口，將激光諧振放大并輸出；堿金屬生成裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室18進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬回收裝置回收，堿金屬蒸氣僅在堿金屬蒸氣利用通道中流動，不擴散到循環子系統的其他區域。
[0010]優選地，堿金屬生成裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室18進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬回收裝置回收，形成順時針循環模式;堿金屬回收裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室18進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬生成裝置回收，形成逆時針循環模式;順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行，堿金屬蒸氣在堿金屬蒸氣利用通道中雙向交替流動。
[0011 ] 優選地，蒸氣室的左開口和右開口分別作為左風口 54和右風口 55 ；循環子系統包括管道11、第一熱交換器12、第二熱交換器13、第一鴨嘴型氣體耦合接口 14和第二鴨嘴型氣體耦合接口 15;管道的第一、第二開口分別與第一熱交換器的第一端口、第二熱交換器的第一端口尺寸相同并密封連接;第一熱交換器的第二端口、第二熱交換器的第二端口分別與第一鴨嘴型氣體耦合接口的大開口、第二鴨嘴型氣體耦合接口的大開口尺寸相同并密封連接，第一、第二鴨嘴型氣體耦合接口的小開口分別與蒸氣室的左、右風口54、55尺寸相同并密封連接，循環子系統與蒸氣室組成密封真空系統，其內部充有緩沖氣體。
[0012]優選地，堿金屬生成裝置包括第一堿金屬回收容器21、第一堿金屬蒸發器22、第一堿金屬蒸發器22安裝有加熱器，第一堿金屬回收容器21內盛有堿金屬單質，第一堿金屬蒸發器22與第一堿金屬回收容器21連為一體，第一堿金屬回收容器的開口密封連接第一熱交換器的第三端口；堿金屬回收裝置密封連接第二熱交換器的第三端口。
[0013]優選地，緩沖氣體順時針方向流動，第一堿金屬蒸發器22加熱使得第一堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，緩沖氣體和堿金屬蒸氣在第一熱交換器12充分混合并達到增益區工作溫度，混合氣體經由第一鴨嘴型氣體耦合接口 14流入蒸氣室18，在栗浦模塊和諧振組件的作用下發出激光，混合氣體隨后經由第二鴨嘴型氣體耦合接口 15進入第二熱交換器13，堿金屬蒸氣在第二熱交換器13中降溫冷卻為液體并流入堿金屬回收裝置，緩沖氣體繼續流動循環工作，實現順時針循環模式。
[0014]優選地，堿金屬回收裝置包括第二堿金屬回收容器23、第二堿金屬蒸發器24;第二堿金屬蒸發器24安裝有加熱器，第二堿金屬回收容器23內盛有堿金屬單質，第二堿金屬蒸發器24與第二堿金屬回收容器23連為一體，第二堿金屬回收容器的開口密封連接第二熱交換器的第三端口。
[0015]優選地，緩沖氣體形成逆時針方向的緩沖氣體流，第二堿金屬蒸發器24加熱使得第二堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，緩沖氣體和堿金屬蒸氣在第二熱交換器13充分混合并達到增益區工作溫度，混合氣體經由第二鴨嘴型氣體耦合接口 15流入蒸氣室18，在栗浦模塊和諧振組件的作用下發出激光，混合氣體隨后經由第一鴨嘴型氣體耦合接口 14進入第一熱交換器12，混合氣體中的堿金屬蒸氣在第一熱交換器12中降溫冷卻為液體并流入堿金屬生成裝置，緩沖氣體繼續流動循環工作，實現逆時針循環模式。
[0016]優選地，循環子系統還包括第一風機16和第二風機17，第一風機16使管道中氣體順時針流動，第二風機17使管道中氣體逆時針流動，第一、第二風機16、17交替運行，實現順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行。
[0017]優選地，蒸氣室18為水平放置的六面開口長方體，其前開口、后開口分別由窗口片密封，形成前激光窗口 51、后激光窗口 52，其上開口、下開口分別由窗口片密封，形成上栗浦窗口 53和下栗浦窗口，堿金屬蒸氣在蒸氣室18中沿水平方向流動;栗浦模塊位于蒸氣室上栗浦窗口的正上方，以側面栗浦的方式發出栗浦光31，或者栗浦模塊位于蒸氣室前激光窗口的正前方，以端面栗浦的方式發出栗浦光31。
[0018]優選地，管道的左側豎直側壁的高度大于右側豎直側壁的高度，蒸氣室18為豎直放置、縱切面為平行四邊形的腔體，其上腔壁、下腔壁的開口分別由窗口片密封，形成上激光窗口、下激光窗口，其左腔壁的頂端為左風口54，頂端之下由窗口片密封，形成左栗浦窗口，其右腔壁的底端為右風口55，底端之上由窗口片密封，形成右栗浦窗口，堿金屬蒸氣在蒸氣室18中沿垂直方向流動;栗浦模塊位于蒸氣室左栗浦窗口的正前方，或右栗浦窗口的正前方，以側面栗浦的方式發出栗浦光31;或者，栗浦模塊位于蒸氣室下激光窗口的正下方，或上激光窗口的正上方，以端面栗浦的方式發出栗浦光31。
[0019](三)有益效果
[0020]從上述技術方案可以看出，本實用新型的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器具有以下有益效果:
[0021](I)堿金屬蒸氣僅在局部(堿金屬蒸氣利用通道)進行流動，因此僅有蒸氣室附近的區域需要維持較高的溫度，其他區域溫度可處于常溫，大大降低了激光器對真空耐熱性能的要求；
[0022](2)由于將化學性質非常活躍的堿金屬蒸氣局限在蒸氣室附近，避免了堿金屬蒸氣與管路及管路內器件發生反應導致堿金屬的消耗；
[0023](3)由于堿金屬蒸氣局限在蒸氣室附近，管道和風機無需暴露在高溫環境下，且不接觸堿金屬蒸氣，極大地減少了堿金屬原子對風道和腔體的污染，避免了對管道和風機的污染和損壞；
[0024](4)本實用新型的DPAL激光器可以在順時針循環模式和逆時針循環模式之間交替進行，實現堿金屬蒸氣的雙向交替流動，達到重復利用堿金屬的目的，可在無需更換或添加堿金屬原料的情況下大大增加激光器的工作時間。
【附圖說明】
[0025]圖1為堿金屬蒸氣激光器的能級結構示意圖；
[0026]圖2為現有技術的一種側面栗浦DPAL激光器；
[0027]圖3為本實用新型第一、二、三實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的立體圖；
[0028]圖4為本實用新型第一、二、三實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的側視圖；
[0029]圖5為本實用新型第一、二、三實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的蒸氣室的結構圖；
[0030]圖6為本實用新型第四實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的立體圖；
[0031]圖7為本實用新型第五實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的側視圖；
[0032]圖8為本實用新型第六實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器的側視圖。
[0033]【符號說明】
[0034]11-管道;12-第一熱交換器;13-第二熱交換器;14-第一鴨嘴型氣體耦合接口； 15-第二鴨嘴型氣體耦合接口； 16-第一風機;17-第二風機;18-蒸氣室；
[0035]21-第一堿金屬回收容器;22-第一堿金屬蒸發器;23-第二堿金屬回收容器;24-第二堿金屬蒸發器；
[0036]31-栗浦光；
[0037]41-全反腔鏡;42-輸出耦合鏡；
[0038]51-前激光窗口 ； 52-后激光窗口 ； 53-上栗浦窗口 ； 54-左風口 ； 55-右風口。
【具體實施方式】
[0039]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。
[0040]—、第一實施例
[0041]請參見圖3，圖3示出了本實用新型第一實施例的一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，圖4為圖3的DPAL激光器的側視圖，其包括蒸氣室18、堿金屬生成裝置、堿金屬回收裝置、循環子系統、栗浦模塊和諧振組件。其中，
[0042]蒸氣室18，其左右兩側分別連接至循環子系統，該循環子系統內充有緩沖氣體；
[0043]堿金屬生成裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室一側的第一位置；
[0044]堿金屬回收裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室另一側的第二位置，從而在第一位置和第二位置之間形成堿金屬蒸氣利用通道；
[0045]栗浦模塊，正對蒸氣室的栗浦窗口，其發出栗浦光，該栗浦光通過蒸氣室18，激勵其中的堿金屬蒸氣形成粒子數反轉；
[0046]諧振組件，正對蒸氣室的激光窗口，將激光諧振放大并輸出。
[0047]堿金屬生成裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該側的堿金屬回收裝置回收，從而不會擴散到循環子系統的其他區域。
[0048]其中，如圖5所示，蒸氣室18為水平放置的六面開口長方體，其前、后開口分別由窗口片密封，形成前、后激光窗口 51、52，其上、下開口分別由窗口片密封，形成上栗浦窗口 53和下栗浦窗口，其左、右開口作為左風口54和右風口55，堿金屬蒸氣在蒸氣室18中沿水平方向流動。
[0049]優選地，蒸氣室18可由不銹鋼等對堿金屬化學性質穩定的材料制成;前、后激光窗口 51、52的尺寸為8 X 8mm2，上栗浦窗口 53、下栗浦窗口的尺寸為8 X 20mm2，左、右風口 54、55的尺寸為8 X 20mm2;蒸氣室18也可以為圓柱體、正方體或其它中空腔體。
[0050]循環子系統包括管道11、第一熱交換器12、第二熱交換器13、第一鴨嘴型氣體耦合接口 14和第二鴨嘴型氣體耦合接口 15;管道11為缺口朝上的“C”型管道，其截面為矩形;管道的第一開口與第一熱交換器的第一端口尺寸相同并密封連接，第一熱交換器的第二端口與第一鴨嘴型氣體耦合接口的大開口尺寸相同并密封連接，管道的第二開口與第二熱交換器的第一端口尺寸相同并密封連接，第二熱交換器的第二端口與第二鴨嘴型氣體耦合接口的大開口尺寸相同并密封連接，第一、第二鴨嘴型氣體耦合接口的小開口與蒸氣室的左、右風口 54、55尺寸相同，并密封連接，與蒸氣室組成密封真空系統，其內部充有緩沖氣體。
[0051]優選地，第一熱交換器12作為加熱器，用于加熱緩沖氣體流，第一熱交換器13作為冷凝器，用于冷卻堿金屬蒸氣。
[0052]優選地，第一、第二鴨嘴型氣體耦合接口的尺寸相同，從其大開口至小開口的方向，管徑逐漸縮小，當緩沖氣體和堿金屬蒸氣組成的混合氣體由大開口流向小開口時，可以加速氣體流速并加快緩沖氣體和堿金屬蒸氣的混合，當混合氣體由小開口流向大開口時，可以減緩氣體流速，使得混合氣體與熱交換器充分接觸。
[0053]優選地，管道11的截面還可以為圓形、橢圓形或其他形狀。優選地，該緩沖氣體為甲烷、乙烷、丙烷的至少之一和氦氣、氖氣的至少之一的混合氣體，用于堿金屬原子D2吸收線的加寬和增大精細結構混合速率。
[0054]堿金屬生成裝置包括第一堿金屬回收容器21、第一堿金屬蒸發器22、其中，第一堿金屬蒸發器22安裝有加熱器，第一堿金屬回收容器21內盛有堿金屬單質，第一堿金屬蒸發器22與第一堿金屬回收容器21連為一體，第一堿金屬回收容器的開口密封連接第一熱交換器的第三端口；堿金屬回收裝置密封連接第二熱交換器的第三端口。
[0055]優選地，第一堿金屬蒸發器22以包裹或貼合的方式緊貼第一堿金屬回收容器21;第一堿金屬回收容器21、第一堿金屬蒸發器22與堿金屬回收裝置關于蒸氣室18對稱;堿金屬采用銣、銫、鉀中的至少之一。
[0056]栗浦模塊位于蒸氣室上栗浦窗口53的正上方，以側面栗浦的方式發出栗浦光31，栗浦光31激勵蒸氣室的堿金屬蒸氣。
[0057]優選地，栗浦模塊為LD栗浦模塊，具體為半導體激光器線陣或半導體激光器疊陣，更進一步地，栗浦模塊為通過面體布拉格光柵線寬壓窄的半導體激光疊陣。
[0058]諧振組件包括全反腔鏡41和輸出耦合鏡42，全反腔鏡41和輸出耦合鏡42分別位于前、后激光窗口 51、52的正前方，受栗浦光31激勵后，堿金屬原子的￥1/2—231/2躍迀對應波長的激光在全反腔鏡41和輸出耦合鏡42之間不斷反射而實現諧振放大，并通過輸出耦合鏡42輸出堿金屬原子的2Pl/2—2Sl/2躍迀對應波長的激光。
[0059]本實用新型第一實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，循環子系統內的緩沖氣體形成順時針方向的緩沖氣體流，第一堿金屬蒸發器22加熱使得第一堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，堿金屬蒸氣進入第一熱交換器12并且其溫度被維持，緩沖氣體在第一熱交換器12中與堿金屬蒸氣充分混合并使混合氣體保持在DPAL激光器的增益區工作溫度，混合氣體經由第一鴨嘴型氣體耦合接口 14快速流入蒸氣室18，栗浦模塊發出的栗浦光31激勵蒸氣室18中的堿金屬蒸氣，從而在諧振組件的作用下發出堿金屬原子的2Pv2^2Sv2躍迀對應波長的激光。混合氣體隨后經由第二鴨嘴型氣體耦合接口 15慢速進入第二熱交換器13，混合氣體中的堿金屬蒸氣在第二熱交換器13中降溫冷卻為液體，堿金屬液體流入堿金屬回收裝置，實現堿金屬的回收，混合氣體中的緩沖氣體則繼續流動，持續不斷地循環工作，實現順時針循環模式。
[0060]本實用新型第一實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，堿金屬蒸氣僅在堿金屬蒸氣利用通道這一局部區域進行流動，因此僅有蒸氣室附近的循環子系統區域需要維持較高的溫度(例如80度以上)，循環子系統的其他區域溫度可處于常溫(例如50度以下)，大大降低了對激光器的真空耐熱性能的要求；由于將化學性質非常活躍的堿金屬蒸氣局限在蒸氣室附近的循環子系統區域，大大減少了堿金屬蒸氣與循環子系統的管路及管路內器件發生反應導致堿金屬的消耗，減少了堿金屬的非工作損耗；由于管路和管路內器件無需暴露在高溫環境下，且不接觸堿金屬蒸氣，極大地減少了堿金屬原子對管路和管路內器件的污染，避免了對管道和管道內器件的損耗和破壞。
[0061 ] 二、第二實施例
[0062]本實用新型第二實施例的一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，為了達到簡要說明的目的，上述第一實施例中任何可作相同應用的技術特征敘述皆并于此，無需再重復相同敘述。繼續參見圖3、4，其中，堿金屬回收裝置包括第二堿金屬回收容器23、第二堿金屬蒸發器24;第二堿金屬蒸發器24安裝有加熱器，第二堿金屬回收容器23內盛有堿金屬單質，第二堿金屬蒸發器24與第二堿金屬回收容器23連為一體，第二堿金屬回收容器的開口密封連接第二熱交換器的第三端口。第二熱交換器13作為加熱器，用于加熱緩沖氣體流，第一熱交換器12作為冷凝器，用于冷卻堿金屬蒸氣。
[0063]優選地，第二堿金屬蒸發器24以包裹或貼合的方式緊貼第二堿金屬回收容器23。
[0064]本實用新型第二實施例的一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，當第一堿金屬回收容器中的堿金屬單質較少或基本耗盡時，開始逆時針循環模式，循環子系統內的緩沖氣體形成逆時針方向的緩沖氣體流，第二堿金屬蒸發器24加熱使得第二堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，堿金屬蒸氣進入第二熱交換器13并且其溫度被維持，緩沖氣體在第二熱交換器13中與堿金屬蒸氣充分混合并使混合氣體保持在DPAL激光器的增益區工作溫度，混合氣體經由第二鴨嘴型氣體耦合接口 15快速流入蒸氣室18，栗浦模塊發出的栗浦光31激勵蒸氣室中的堿金屬蒸氣，從而在諧振組件的作用下發出堿金屬原子的2P1/2—2S1/2躍迀對應波長的激光。混合氣體隨后經由第一鴨嘴型氣體耦合接口 14慢速進入第一熱交換器12，混合氣體中的堿金屬蒸氣在第一熱交換器12中降溫冷卻為液體，堿金屬液體流入第一堿金屬回收容器21，實現堿金屬的回收，混合氣體中的緩沖氣體則繼續流動，持續不斷地循環工作。上述順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行，實現堿金屬蒸氣的雙向交替流動，達到重復利用堿金屬的目的，可使激光器在無需更換或添加堿金屬原料的情況下大大增加其工作時間。
[0065]三、第三實施例
[0066]本實用新型第三實施例的一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，為了達到簡要說明的目的，上述任一實施例中任何可作相同應用的技術特征敘述皆并于此，無需再重復相同敘述。繼續參見圖3、4，循環子系統還包括第一風機16和第二風機17，第一、第二風機16、17放置于管道中距蒸氣室遠端的位置。優選地，第一風機16、第二風機17對稱放置于管道底段兩側;第一風機16可使管道中氣體順時針流動，第二風機17可使管道中氣體逆時針流動。當DPAL激光器工作時，在順時針循環模式下利用第一風機16產生氣流動力，實現氣體的順時針流動，在逆時針循環模式下利用第二風機17產生氣流動力，實現氣體的逆時針流動。第一、第二風機16、17交替運行，使管道11中交替產生順時針和逆時針的氣流，實現順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行。
[0067]四、第四實施例
[0068]本實用新型第四實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，為了達到簡要說明的目的，上述任一實施例中任何可作相同應用的技術特征敘述皆并于此，無需再重復相同敘述。如圖6所不，蒸氣室前、后開口分別由窗口片密封，形成前、后激光窗口 51、52，前、后激光窗口51、52同時作為前、后栗浦窗口，栗浦模塊位于蒸氣室前栗浦窗口的正前方，以端面栗浦的方式發出栗浦光31，栗浦光31激勵蒸氣室的堿金屬蒸氣。
[0069]五、第五實施例
[0070]本實用新型第五實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，為了達到簡要說明的目的，上述任一施例中任何可作相同應用的技術特征敘述皆并于此，無需再重復相同敘述。如圖7所示，管道的左側豎直側壁的高度大于右側豎直側壁的高度，蒸氣室18為豎直放置、其縱切面為平行四邊形的腔體，其上、下腔壁的開口分別由窗口片密封，形成上、下激光窗口，其左腔壁的頂端為左風口 54，頂端之下由窗口片密封，形成左栗浦窗口，其右腔壁的底端為右風口 55，底端之上由窗口片密封，形成右栗浦窗口，堿金屬蒸氣在蒸氣室18中沿垂直方向流動，栗浦模塊位于蒸氣室左栗浦窗口的正前方，或右栗浦窗口的正前方，以側面栗浦的方式發出栗浦光31，栗浦光31激勵蒸氣室的堿金屬蒸氣。
[0071]六、第六實施例
[0072]本實用新型第六實施例的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，為了達到簡要說明的目的，上述任一實施例中任何可作相同應用的技術特征敘述皆并于此，無需再重復相同敘述。如圖8所示，管道的左側豎直側壁的高度大于右側豎直側壁的高度，蒸氣室18為豎直放置、其縱切面為平行四邊形的腔體，其上、下腔壁的開口分別由窗口片密封，形成上、下激光窗口，上、下激光窗口同時作為上栗浦窗口53、下栗浦窗口，其左腔壁的頂端為左風口 54，其右腔壁的底端為右風口 55，堿金屬蒸氣在蒸氣室18中沿垂直方向流動，栗浦模塊位于蒸氣室下栗浦窗口的正下方，以端面栗浦的方式發出栗浦光31，栗浦光31激勵蒸氣室的堿金屬蒸氣。
[0073]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件和步驟的定義并不僅限于實施例中提到的各種具體結構、形狀和步驟，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換，例如:
[0074](I)本實用新型還可用適用于其他形狀的管道、蒸氣室；
[0075](2)光路元件還可采用其他類型的元件，只要能實現相同的功能即可；
[0076](3)本文可提供包含特定值的參數的示范，但這些參數無需確切等于相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似于相應值；
[0077](4)實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本實用新型的保護范圍；
[0078](5)上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術特征可以自由組合形成更多的實施例。
[0079]綜上所述，本實用新型提供的增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，使堿金屬蒸氣僅在局域(堿金屬蒸氣利用通道)進行流動，因此僅有DPAL蒸氣室附近的區域需要維持較高的溫度，其他區域溫度一般在50度及以下，這大大降低了系統對真空耐熱性能的要求；由于將化學性質非常活躍的堿金屬蒸氣局限在蒸氣室附近，這極大地減少了堿金屬原子對風道和腔體的污染，增加了殼體材料的可選擇范圍。
[0080]以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，其特征在于，其包括蒸氣室(18)、堿金屬生成裝置、堿金屬回收裝置、循環子系統、栗浦模塊和諧振組件;其中， 蒸氣室(18)，其左右兩側分別連接至循環子系統，該循環子系統內充有緩沖氣體； 堿金屬生成裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室一側的第一位置； 堿金屬回收裝置，其連接至循環子系統靠近蒸氣室另一側的第二位置，在第一位置和第二位置之間形成堿金屬蒸氣利用通道； 栗浦模塊，其正對蒸氣室的栗浦窗口，其發出的栗浦光通過蒸氣室(18)，激勵其中的堿金屬蒸氣； 諧振組件，其正對蒸氣室的激光窗口，將激光諧振放大并輸出； 堿金屬生成裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室(18)進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬回收裝置回收，堿金屬蒸氣僅在堿金屬蒸氣利用通道中流動，不擴散到循環子系統的其他區域。2.如權利要求1所述的DPAL激光器，其特征在于， 堿金屬生成裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室(18)進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬回收裝置回收，形成順時針循環模式； 堿金屬回收裝置生成的堿金屬蒸氣進入循環子系統的一側后與緩沖氣體混合，經過蒸氣室(18)進入另一側的循環子系統，堿金屬蒸氣由該另一側的堿金屬生成裝置回收，形成逆時針循環模式； 順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行，堿金屬蒸氣在堿金屬蒸氣利用通道中雙向交替流動。3.如權利要求2所述的DPAL激光器，其特征在于，蒸氣室的左開口和右開口分別作為左風口(54)和右風口(55); 循環子系統包括管道(11)、第一熱交換器(12)、第二熱交換器(13)、第一鴨嘴型氣體耦合接口(14)和第二鴨嘴型氣體耦合接口(15); 管道的第一、第二開口分別與第一熱交換器的第一端口、第二熱交換器的第一端口尺寸相同并密封連接； 第一熱交換器的第二端口、第二熱交換器的第二端口分別與第一鴨嘴型氣體耦合接口的大開口、第二鴨嘴型氣體耦合接口的大開口尺寸相同并密封連接，第一、第二鴨嘴型氣體耦合接口的小開口分別與蒸氣室的左、右風口( 54)、( 55)尺寸相同并密封連接，循環子系統與蒸氣室組成密封真空系統，其內部充有緩沖氣體。4.如權利要求3所述的DPAL激光器，其特征在于，堿金屬生成裝置包括第一堿金屬回收容器(21)、第一堿金屬蒸發器(22)、第一堿金屬蒸發器(22)安裝有加熱器，第一堿金屬回收容器(21)內盛有堿金屬單質，第一堿金屬蒸發器(22)與第一堿金屬回收容器(21)連為一體，第一堿金屬回收容器的開口密封連接第一熱交換器的第三端口；堿金屬回收裝置密封連接第二熱交換器的第三端口。5.如權利要求4所述的DPAL激光器，其特征在于，緩沖氣體順時針方向流動，第一堿金屬蒸發器(22)加熱使得第一堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，緩沖氣體和堿金屬蒸氣在第一熱交換器(12)充分混合并達到增益區工作溫度，混合氣體經由第一鴨嘴型氣體耦合接口(14)流入蒸氣室(18)，在栗浦模塊和諧振組件的作用下發出激光，混合氣體隨后經由第二鴨嘴型氣體耦合接口(15)進入第二熱交換器(13)，堿金屬蒸氣在第二熱交換器(13)中降溫冷卻為液體并流入堿金屬回收裝置，緩沖氣體繼續流動循環工作，實現順時針循環模式。6.如權利要求3所述的DPAL激光器，其特征在于，堿金屬回收裝置包括第二堿金屬回收容器(23)、第二堿金屬蒸發器(24);第二堿金屬蒸發器(24)安裝有加熱器，第二堿金屬回收容器(23)內盛有堿金屬單質，第二堿金屬蒸發器(24)與第二堿金屬回收容器(23)連為一體，第二堿金屬回收容器的開口密封連接第二熱交換器的第三端口。7.如權利要求6所述的DPAL激光器，其特征在于，緩沖氣體形成逆時針方向的緩沖氣體流，第二堿金屬蒸發器(24)加熱使得第二堿金屬回收容器中的堿金屬單質形成堿金屬蒸氣，緩沖氣體和堿金屬蒸氣在第二熱交換器(13)充分混合并達到增益區工作溫度，混合氣體經由第二鴨嘴型氣體耦合接口(15)流入蒸氣室(18)，在栗浦模塊和諧振組件的作用下發出激光，混合氣體隨后經由第一鴨嘴型氣體耦合接口(14)進入第一熱交換器(12)，混合氣體中的堿金屬蒸氣在第一熱交換器(12)中降溫冷卻為液體并流入堿金屬生成裝置，緩沖氣體繼續流動循環工作，實現逆時針循環模式。8.如權利要求3所述的DPAL激光器，其特征在于，循環子系統還包括第一風機(16)和第二風機(17)，第一風機(16)使管道中氣體順時針流動，第二風機(17)使管道中氣體逆時針流動，第一、第二風機(16)、(17)交替運行，實現順時針循環模式和逆時針循環模式交替進行。9.如權利要求3-8中任一項權利要求所述的DPAL激光器，其特征在于，蒸氣室(18)為水平放置的六面開口長方體，其前開口、后開口分別由窗口片密封，形成前激光窗口(51)、后激光窗口(52)，其上開口、下開口分別由窗口片密封，形成上栗浦窗口(53)和下栗浦窗口，堿金屬蒸氣在蒸氣室(18)中沿水平方向流動； 栗浦模塊位于蒸氣室上栗浦窗口的正上方，以側面栗浦的方式發出栗浦光(31)，或者栗浦模塊位于蒸氣室前激光窗口的正前方，以端面栗浦的方式發出栗浦光(31)。10.如權利要求3-8中任一項權利要求所述的DPAL激光器，其特征在于，管道的左側豎直側壁的高度大于右側豎直側壁的高度，蒸氣室(18)為豎直放置、縱切面為平行四邊形的腔體，其上腔壁、下腔壁的開口分別由窗口片密封，形成上激光窗口、下激光窗口，其左腔壁的頂端為左風口(54)，頂端之下由窗口片密封，形成左栗浦窗口，其右腔壁的底端為右風口(55)，底端之上由窗口片密封，形成右栗浦窗口，堿金屬蒸氣在蒸氣室(18)中沿垂直方向流動； 栗浦模塊位于蒸氣室左栗浦窗口的正前方，或右栗浦窗口的正前方，以側面栗浦的方式發出栗浦光(31);或者， 栗浦模塊位于蒸氣室下激光窗口的正下方，或上激光窗口的正上方，以端面栗浦的方式發出栗浦光(31)。
【專利摘要】本實用新型提供了一種增益介質局部雙向交替流動的DPAL激光器，其包括蒸氣室、堿金屬生成裝置、堿金屬回收裝置、循環子系統、泵浦模塊和諧振組件；該DPAL激光器的堿金屬蒸氣僅在局部進行流動，因此僅有蒸氣室附近的區域需要維持較高的溫度，其他區域溫度可處于常溫，大大降低了激光器對真空耐熱性能的要求；由于將化學性質非常活躍的堿金屬蒸氣局限在蒸氣室附近，避免了堿金屬蒸氣與管路及管路內器件發生反應導致堿金屬的消耗，管道和風機無需暴露在高溫環境下，且不接觸堿金屬蒸氣，極大地減少了堿金屬原子對風道和腔體的污染，避免了對管道和風機的污染和損壞。
【IPC分類】H01S3/03
【公開號】CN205385194
【申請號】CN201620131995
【發明人】譚榮清, 黃偉, 李志永, 李輝, 韓高策
【申請人】中國科學院電子學研究所
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年2月22日