增益介质局部双向交替流动的dpal激光器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种增益介质局部双向交替流动的DPAL激光器。
【背景技术】
[0002]DPAL(半导体栗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栗浦气体激光器，增益介质的温度通常为100?200°C APAL的增益介质主要为蒸气状态的钾、铷或铯，其能级结构如图1所示。图1中，η是最外层电子所在电子层数，K、Rb、Cs对应的η分别为4、5、6。1131/2为基态能级，ηΡι/2和ηΡ3/2为最外层电子自旋-轨道相互作用而劈裂产生的激发态能级。由基态至两上能级的跃迀分别对应于D2和Dl线。
[0003]DPAL激光器首先于2003年，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Krupke等人实现了碱金属激光器Dl线激光输出。这种机制的碱金属激光器采用对应D2线波长的栗浦源栗浦，具有95%以上的量子效率，且增益介质是气体，热透镜效应不明显。因此，DPAL被认为是一种有望实现单口径MW级激光输出的新型激光器。其在高功率输出方面的潜力也得到了国内外众多高功率研发机构的关注。
[0004]美国通用原子Krupke等人于2007年提交的名为“alkal 1-vapor laser withtransverse pumping”(侧面栗浦碱金属激光器)的专利中，描述了一种侧面栗浦增益横向流动的碱金属蒸气激光器，其示意图如图2所示。该装置中蒸气室通过进气口与出气口与管路相连，管中气体通过图中626所示的气体栗在管路中单向循环，蒸气室602在侧面栗浦光的作用下实现激光放大，或在谐振腔的作用下受激辐射产生激光。气体经过热交换器624时实现再加热。
[0005]如图2所示的现有技术方案，需要使整个系统维持较高温度，对系统整体的耐热性和气密性提出了很高的要求，使整个方案的技术实现难度大大增加;并且系统内高温碱金属蒸气闭环流动，但因高温碱金属蒸气具有极其活泼的化学性质，所以极易与管路及管路内器件发生反应导致碱金属的消耗和管路的损坏；由于系统内风机需直接暴露在高温环境下，且直接接触流动气体中混合的碱金属，因此对风机的技术要求很高，不利于工程实现。
【发明内容】
[0006](一)要解决的技术问题
[0007]为解决上述问题，本发明提供了一种增益介质局部双向交替流动的DPAL激光器。
[0008](二)技术方案
[0009]本发明提供了一种增益介质局部双向交替流动的DPAL激光器，其包括蒸气室18、碱金属生成装置、碱金属回收装置、循环子系统、栗浦模块和谐振组件;其中，蒸气室18，其左右两侧分别连接至循环子系统，该循环子系统内充有缓冲气体;碱金属生成装置，其连接至循环子系统靠近蒸气室一侧的第一位置;碱金属回收装置，其连接至循环子系统靠近蒸气室另一侧的第二位置，在第一位置和第二位置之间形成碱金属蒸气利用通道;栗浦模块，其正对蒸气室的栗浦窗口，其发出的栗浦光通过蒸气室18，激励其中的碱金属蒸气;谐振组件，其正对蒸气室的激光窗口，将激光谐振放大并输出；碱金属生成装置生成的碱金属蒸气进入循环子系统的一侧后与缓冲气体混合，经过蒸气室18进入另一侧的循环子系统，碱金属蒸气由该另一侧的碱金属回收装置回收，碱金属蒸气仅在碱金属蒸气利用通道中流动，不扩散到循环子系统的其他区域。
[0010]优选地，碱金属生成装置生成的碱金属蒸气进入循环子系统的一侧后与缓冲气体混合，经过蒸气室18进入另一侧的循环子系统，碱金属蒸气由该另一侧的碱金属回收装置回收，形成顺时针循环模式;碱金属回收装置生成的碱金属蒸气进入循环子系统的一侧后与缓冲气体混合，经过蒸气室18进入另一侧的循环子系统，碱金属蒸气由该另一侧的碱金属生成装置回收，形成逆时针循环模式;顺时针循环模式和逆时针循环模式交替进行，碱金属蒸气在碱金属蒸气利用通道中双向交替流动。
[0011 ] 优选地，蒸气室的左开口和右开口分别作为左风口 54和右风口 55 ；循环子系统包括管道11、第一热交换器12、第二热交换器13、第一鸭嘴型气体耦合接口 14和第二鸭嘴型气体耦合接口 15;管道的第一、第二开口分别与第一热交换器的第一端口、第二热交换器的第一端口尺寸相同并密封连接;第一热交换器的第二端口、第二热交换器的第二端口分别与第一鸭嘴型气体耦合接口的大开口、第二鸭嘴型气体耦合接口的大开口尺寸相同并密封连接，第一、第二鸭嘴型气体耦合接口的小开口分别与蒸气室的左、右风口54、55尺寸相同并密封连接，循环子系统与蒸气室组成密封真空系统，其内部充有缓冲气体。
[0012]优选地，碱金属生成装置包括第一碱金属回收容器21、第一碱金属蒸发器22、第一碱金属蒸发器22安装有加热器，第一碱金属回收容器21内盛有碱金属单质，第一碱金属蒸发器22与第一碱金属回收容器21连为一体，第一碱金属回收容器的开口密封连接第一热交换器的第三端口；碱金属回收装置密封连接第二热交换器的第三端口。
[0013]优选地，缓冲气体顺时针方向流动，第一碱金属蒸发器22加热使得第一碱金属回收容器中的碱金属单质形成碱金属蒸气，缓冲气体和碱金属蒸气在第一热交换器12充分混合并达到增益区工作温度，混合气体经由第一鸭嘴型气体耦合接口 14流入蒸气室18，在栗浦模块和谐振组件的作用下发出激光，混合气体随后经由第二鸭嘴型气体耦合接口 15进入第二热交换器13，碱金属蒸气在第二热交换器13中降温冷却为液体并流入碱金属回收装置，缓冲气体继续流动循环工作，实现顺时针循环模式。
[0014]优选地，碱金属回收装置包括第二碱金属回收容器23、第二碱金属蒸发器24;第二碱金属蒸发器24安装有加热器，第二碱金属回收容器23内盛有碱金属单质，第二碱金属蒸发器24与第二碱金属回收容器23连为一体，第二碱金属回收容器的开口密封连接第二热交换器的第三端口。
[0015]优选地，缓冲气体形成逆时针方向的缓冲气体流，第二碱金属蒸发器24加热使得第二碱金属回收容器中的碱金属单质形成碱金属蒸气，缓冲气体和碱金属蒸气在第二热交换器13充分混合并达到增益区工作温度，混合气体经由第二鸭嘴型气体耦合接口 15流入蒸气室18，在栗浦模块和谐振组件的作用下发出激光，混合气体随后经由第一鸭嘴型气体耦合接口 14进入第一热交换器12，混合气体中的碱金属蒸气在第一热交换器12中降温冷却为液体并流入碱金属生成装置，缓冲气体继续流动循环工作，实现逆时针循环模式。
[0016]优选地，循环子系统还包括第一风机16和第二风机17，第一风机16使管道中气体顺时针流动，第二风机17使管道中气体逆时针流动，第一、第二风机16、17交替运行，实现顺时针循环模式和逆时针循环模式交替进行。
[0017]优选地，蒸气室18为水平放置的六面开口长方体，其前开口、后开口分别由窗口片密封，形成前激光窗口 51、后激光窗口 52，其上开口、下开口分别由窗口片密封，形成上栗浦窗口 53和下栗浦窗口，碱金属蒸气在蒸气室18中沿水平方向流动;栗浦模块位于蒸气室上栗浦窗口的正上方，以侧面栗浦的方式发出栗浦光31，或者栗浦模块位于蒸气室前激光窗口的正前方，以端面栗浦的方式发出栗浦光31。
[0018]优选地，管道的左侧竖直侧壁的高度大于右侧竖直侧壁的高度，蒸气室18为竖直放置、纵切面为平行四边形的腔体，其上腔壁、下腔壁的开口分别由窗口片密封，形成上激光窗口、下激光窗口，其左腔壁的顶端为左风口54，顶端之下由窗口片密封，形成左栗浦窗口，其右腔壁的底端为右风口55，底端之上由窗口片密封，形成右栗浦窗口，碱金属蒸气在蒸气室18中沿垂直方向流动;栗浦模块位于蒸气室左栗浦窗口的正前方，或右栗浦窗