[发明专利]碱金属蒸气最大粒子数密度限定密闭池及其制作方法

说明书

本发明公开了一种碱金属蒸气最大粒子数密度限定密闭池制作方法，其包括以下步骤：1)在密闭池内充入预设气压的缓冲气体，实现对碱金属原子吸收谱线的碰撞展宽；2)采用整体恒温加热的方法，向密闭池内充入碱金属气态介质，其总量与预先确定的基准温度下密闭池内碱金属蒸气介质的总量相同。本发明可应用于高功率半导体激光泵浦碱金属蒸气激光器，可降低DPAL对温度控制的精度和稳定度的要求，降低生产和研发成本，可提高DPAL输出的稳定性，可缓解DPAL中由粒子数密度分布不均匀所引发的负面效应，提高激光光束质量。

技术领域

本发明属于碱金属蒸气密闭池技术领域，涉及一种碱金属蒸气最大粒子数密度限定密闭池。

背景技术

碱金属蒸气密闭池是含有碱金属钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)的密闭蒸气池，它是半导体激光泵浦碱金属激光器(Diode Pumped Alkali Vapor Laser,DPAL)不可缺少的核心器件。常规的碱金属蒸气密闭池内含有足量的碱金属介质，密闭池内碱金属蒸气的粒子数密度会随着密闭池温度的升高或降低而发生改变。通常，在温度小于400℃时，碱金属蒸气的粒子数密度依然不会饱和。

使用常规碱金属蒸气密闭池时存在着两方面的问题。一方面，由于碱金属蒸气激光的输出强度受密闭池温度影响较大，温度的升高或降低都会改变碱金属蒸气粒子数密度并影响激光的稳定输出，因此，在需要DPAL稳定工作时，其密闭蒸气池的温度必须保持某一恒定值，这就对温度控制的精确性和稳定性提出了较高的要求。另一方面，由于碱金属气体介质热传导性能极差，在空间上增益介质对泵浦光的吸收不均匀，因此DPAL在工作时，蒸气密闭池的内部会存在着不可避免的温度梯度分布。更进一步，温度梯度分布会导致密闭池内碱金属蒸气粒子数密度的不均匀分布，这就使得激光输出的光束质量和稳定性变差，激光功率的提高也会受到限制。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：克服现有技术中的缺陷，提供一种最大粒子数密度限定的碱金属蒸气密闭池。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种碱金属蒸气最大粒子数密度限定密闭池制作方法，其包括以下步骤：

1)在密闭池内充入预设气压的缓冲气体，实现对碱金属原子吸收谱线的碰撞展宽；

2)采用整体恒温加热的方法，向密闭池内充入碱金属气态介质，其总量与预先确定的基准温度下密闭池内碱金属蒸气介质的总量相同。

其中，所述步骤2)中，预先确定的所述基准温度为密闭池应用于DPAL时，DPAL在最佳工作状态时密闭池的加热温度。

其中，所述步骤1)中，密闭池内充入预设气压的缓冲气体的过程为：

制作含有固态碱金属介质的真空密闭容器1，真空密闭容器1上有带阀门a、b的两个连通导管A、B，连通导管A、B分别连通碱金属蒸气密闭池和缓冲气体源；

打开真空密闭容器1中的连通导管B的阀门b，并通过连通导管 B向真空密闭容器1内充入预设压强的缓冲气体。

其中，所述真空密闭容器1的材质为石英玻璃或硼化玻璃。

其中，所述缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷中的单种气体，或者为上述气体的混合气体。

其中，所述步骤2)中，向密闭池内充入碱金属气态介质的过程为：首先将相互连通的真空密闭容器1和碱金属蒸气密闭池2一起放置于恒温加热装置中，真空密闭容器1中的碱金属介质被加热后由固态变为液态和气态的混合状态，气态的碱金属介质通过连通导管A 进入到碱金属蒸气密闭池2中。

其中，所述恒温加热装置的加热温度与步骤1)中设定的基准温度相同。

其中，所述碱金属介质为钠、钾、铷或铯金属。