[发明专利]一种高流速激光染料池光学窗片的固定方法

说明书

技术领域

本发明属于激光器件制造方法领域，尤其涉及一种高流速激光染料池光学窗片的弹性粘接自吸式固定方法。

背景技术

自1966年，染料激光器诞生以来，染料激光广泛应用于激光光谱学、同位素提纯、激光生物学、激光医学以及大气环境的光谱检测等领域，在军事和国防领域亦具有广泛的应用。这主要是由于染料激光器优异的波长可调谐性能和较窄激光线宽。染料激光可实现从近红外至近紫外区的宽波段可调谐激光输出，而染料激光器的输出线宽可以达到GHz甚至100MHz量级。

激光染料池是染料激光器和染料激光放大系统的核心部件之一。在染料激光器中，激光染料池在泵浦光的激励下为激光振荡提供增益。在染料激光放大系统中，通过激光染料池对注入的信号激光进行放大。染料激光的激光介质通常是溶于溶剂的激光染料。当染料激光应用于高重频、高功率条件下时，由于激光染料溶液在每个泵浦脉冲之间必须被完全刷新，因此激光激活区域的流速通常需要达到10m/s的量级。并且要求由激光染料溶液所形成的激光激活区域必须要具备光学级别的表面和内部质量，流场的紊乱甚至是微弱的非均匀性所引起的折射率分布随时间的变化都将引起跳模、功率抖动、甚至是波长抖动等后果，严重地影响激光的输出特性，这就要求流体的管壁必须具有很高的光洁度和面型。光学窗片的固定方法直接决定了激光染料池的流场分布、激光模式与偏振性、制造成本以及运行成本等。

目前在国际上通用的商用激光染料池光学窗片的固定方法主要有石英熔融法(德国技术路线)和夹持密封法(俄罗斯技术路线)两种类型。在石英熔融染料池中，窗片的固定方法是将高光学面型的石英激光窗片和同材料的石英基座高温熔融以实现激光窗片的固定，此种窗片固定方式的优点在于：光学窗片与框架的材料相同，可以避免由于热膨胀系数不同造成的应力，从而避免应力双折射等现象的出现。此种窗片固定方式的缺点在于：精度要求高、结构脆弱、成本高、只能一次性使用等，例如LambdaPhysik公司生产的熔融染料池价格为800欧元，一旦烧伤，只能整体做抛弃处理，而染料池的烧伤在染料激光器运行的过程中存在较高的几率。

夹持密封法的基本原理是利用O型密封圈，将被端盖压紧的染料池窗片固定在金属基座上。此种窗片固定方式的优点在于：激光窗片形状简单、便于更换、运行成本低廉。

但此种染料池窗片固定方法的缺点在于：

1)窗片基座结构复杂，制造成本高昂；

2)端盖在压紧光学窗片的过程中，会使窗片变形，从而引起激光光束质量的下降；

3)光学窗片在被端盖压紧的过程中，会产生应力双折射现象，这将导致激光的偏振性与光栅的偏振性不匹配从而严重地降低激光器转换效率、输出功率、激光偏振性等，进而影响到激光器的整体输出性能。

因此，发明一种操作便利、性能优越，成本低廉的激光染料池光学窗片的固定方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是介绍一种高流速激光染料池窗片的固定方法，其特征在于：

在高流速激光染料池工作时，内部的液态激光介质将处于高速的流动状态，利用高速流动的激光染料溶液在管路收缩区域处于负压状态，通过弹性耐溶剂密封胶将染料池窗片粘接在金属基座之上。弹性的耐溶剂密封胶仅起到密封与连接作用，无需具备高强度，大气和流体之间的压差将染料池窗片牢固地固定于金属基座之上。固定激光染料池窗片的金属基座由进液端、收缩区、工作区、扩张区、出液端等部分组成，以便于在工作区形成负压；激光窗片保护架通过连接腿直接固定在染料池金属框架上，与染料池窗片无接触，以避免外界碰撞对激光窗片造成损伤。

本发明具有以下优点：

1、自吸式的激光窗片固定原理，避免了繁杂的制造工艺和复杂的染料池基座结构，并使激光窗片和基座间贴合紧密，便于产生高质量的流场。

2、弹性粘接方式避免了端盖在压紧石英窗片的过程中所产生的应力双折射、激光光束质量下降等问题。

3、弹性粘接方式避免了光学窗片和金属基座因热膨胀系数不同所导致的窗片变形等问题。

4、应用此方法对激光窗片进行固定所需的金属基座和激光窗片结构简单，制造成本低廉。

5、弹性粘接剂便于清除，激光窗片便于更换，运行成本低廉。

附图说明

图1是实例一激光染料池基座结构图；

图2是实例一激光染料池窗片安装示意图；

图3是实例一激光窗片安装后的激光染料池整体形貌图；

图4是实例一激光染料池在WAVESCAN2100型染料激光器中应用的整体形貌图。