[发明专利]增益介质局部双向交替流动的DPAL激光器

说明书

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、碱金属生成装置、碱金属回收装置、循环子系统、泵浦模块和谐振组件；该DPAL激光器的碱金属蒸气仅在局部进行流动，因此仅有蒸气室附近的区域需要维持较高的温度，其他区域温度可处于常温，大大降低了激光器对真空耐热性能的要求；由于将化学性质非常活跃的碱金属蒸气局限在蒸气室附近，避免了碱金属蒸气与管路及管路内器件发生反应导致碱金属的消耗，管道和风机无需暴露在高温环境下，且不接触碱金属蒸气，极大地减少了碱金属原子对风道和腔体的污染，避免了对管道和风机的污染和损坏。

技术领域

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

DPAL(半导体泵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泵浦气体激光器，增益介质的温度通常为100～200℃。DPAL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，n是最外层电子所在电子层数，K、Rb、Cs对应的n分别为4、5、6。nS_1/2为基态能级，nP_1/2和nP_3/2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迁分别对应于D2和D1线。

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D1线激光输出。这种机制的碱金属激光器采用对应D2线波长的泵浦源泵浦，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。

美国通用原子Krupke等人于2007年提交的名为“alkali-vapor laser withtransverse pumping”(侧面泵浦碱金属激光器)的专利中，描述了一种侧面泵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所示的气体泵在管路中单向循环，蒸气室602在侧面泵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。

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

(一)要解决的技术问题

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。

(二)技术方案

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、泵浦模块和谐振组件；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；泵浦模块，其正对蒸气室的泵浦窗口，其发出的泵浦光通过蒸气室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。