[发明专利]碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构

说明书

本发明公开了一种碱金属蒸汽池的金属与玻璃密封结构，包括一个螺纹压圈(1)，一个金属镜框(2)，一个玻璃窗口片(3)，一个内部带有楔形斜面的金属管(4)。在常温常压下，通过螺纹压圈(1)挤压金属镜框(2)，使金属镜框(2)一端楔形挡圈与金属管(4)楔形斜面接触部位向内产生形变，增加了金属镜框(2)、玻璃窗口片(3)、以及金属管(4)三者之间的接触面积和挤压力，具有极好的密封性。在高温高压下，由于以上三部分紧密接触，当蒸汽池温度在室温到200℃范围以内反复升降时，该密封结构可实现极佳的密封特性，可以承受至少5个大气压。本发明无需采用密封垫圈，避免了碱金属蒸汽与有机物产生化学反应，结构简单，易于加工实现。

技术领域

本发明涉及碱金属蒸汽激光技术领域，特别涉及一种在反复升降温情况下，实现耐高压碱金属(钠、钾、铷、铯等)蒸汽样品池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构。

背景技术

近年来，半导体泵浦碱金属激光器(Diode pumped alkali laser，DPAL)由于其自身的高增益系数而被认为是新一代高能激光的热门体系。DPAL具有气体激光器的光束质量好、定标放大性好等优点。此外DPAL的量子效率非常高，波长具有非常好的大气传输特性，因此在高能激光领域有着广阔的发展空间。但是碱金属常温下为固态，其蒸汽压非常低，需要加热到100-200℃，来提高碱金属的蒸汽压从而提高DPAL的能量输出。此外，碱金属蒸汽的吸收为原子吸收，其线宽非常窄(100MHz量级)，而泵浦二极管的线宽非常宽，即使采用体布拉格光栅压窄技术，其线宽也通常远大于30GHz，存在着非常严重的泵浦线宽与碱金属蒸汽吸收线宽的不匹配，严重影响DPAL的泵浦效率，因此需要采用添加高压缓冲气体的方式来增加碱金属蒸汽的吸收线宽，提高DPAL的泵浦效率。因此碱金属蒸汽样品池通常要求耐高温、高压。

对于碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封，无法采用加诸如聚四氟垫圈和金属垫圈等传统的密封手段。碱金属都具有极强的活泼性，在高温高压条件下，极易与聚四氟垫圈等有机材料发生化学反应。而金属垫圈由于其热膨胀不均匀，仅依赖金属垫圈也难以在高温下满足玻璃与金属密封。目前，对碱金属蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封，多采用特殊设计的密封结构来实现，虽然多数密封结构在碱金属蒸汽池持续加热的情况下可以满足密封，但多次升降温后，由于金属与玻璃之间的热膨胀系数不一致，会造成金属与玻璃密封部位的过度形变，无法保证其密封性。然而，对碱金属蒸汽池进行多次重复性和优化实验研究时，又需要对其进行反复升降温，这就对碱金属蒸汽池玻璃窗口片与池壁金属之间的密封性提出了挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供了一种实现钠、钾、铷、铯等碱金属蒸汽样品池玻璃窗口片与池壁金属密封的结构，在高温高压情况下可保证蒸汽池的密封性，并且能够明显有效地解决大幅温度反复升降条件下，碱金属蒸汽池玻璃窗口片与池壁金属密封性差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于钠、钾、铷、铯等碱金属激光器蒸汽池的玻璃窗口片与池壁金属密封结构，包括一个一端管口附近带有楔形斜面的金属管，所述管口处的圆管内径大于金属圆管其它位置处的内径，所述楔形斜面是指管口处的管腔与金属管管腔之间通过圆锥台形管腔过渡连接，圆锥台形管腔的下底面和上底面分别与管口处的管腔径向截面面积和金属管管腔径向截面面积相等；

一玻璃窗口片，其左侧为圆柱形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆柱形右侧端面连接在一起、且面积相等；

一金属镜框，其左侧为圆环形、右侧为圆锥台形，圆锥台的下底面与圆环右侧端面连接在一起、且外径相等，圆锥台形下底面侧开设有圆柱状凹槽，凹槽的远离圆环一端的底部开设有圆锥台的通孔，形成一楔形挡圈，通孔的下底面与凹槽直径相等，通孔的上底面直径为A，凹槽直径B大于圆环的内径C；

玻璃窗口片放置于金属镜框内部，玻璃窗口片圆柱形一侧面向金属镜框的圆环一侧，玻璃窗口片圆柱形直径大于圆环的内径C、小于凹槽直径B、且小于等于通孔的上底面直径A；