一种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置

技术领域

本发明涉及高能量真空光纤技术，具体是一种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置。

背景技术

传统真空光纤法兰装置由各标准零部件组装而成，成型过程没有做防潮密封处理，也不能传输高能量的激光。在高能量脉冲激光装置应用中，主要是需要将种子源产生的高能量脉冲激光引入预放大系统中，而预放大系统一般都是安放于真空箱体内，而为了方便维修与安装，种子源一般都是置于箱体外，这就需要将种子源产生的高能量脉冲激光引入真空箱体内，也就需要用到真空光纤法兰装置，将这种真空光纤法兰装置安装在真空箱体上，起到传输主光路到箱体内的作用。然而长期在线应用时，传统真空光纤法兰装置不具备防潮密封效果，导致法兰装置内部潮湿或洁净度不达标，在高能量激光传输过程中，光纤连接器对接时产生热量，导致光传输系统的损耗明显增大，性能下降，严重时极易造成光纤连接器光纤端面损毁，影响高能量脉冲激光装置及系统的正常使用，分析其原因，主要是传统真空光纤法兰装置防潮密封性能差且在传输高能量脉冲激光时未做有效处理，具体是因为传统真空光纤法兰装置制作成型过程及与法兰对接使用时未做防潮密封处理工艺，导致空气中的微尘和水汽进入光纤对接的陶瓷插芯端面及周围，同时真空光纤法兰装置中光纤连接器未做有效处理而不能长期传输高能量脉冲激光。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置。这种装置成本低、具有防潮密封性能好、能传输高能量脉冲激光的优点、制作工艺简单且应用范围广，是一种可靠性高、稳定连接性好、寿命长的光无源器件。

实现本发明目的的技术方案是：

一种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置，包括传统真空光纤法兰装置，所述传统真空光纤法兰装置由从左至右顺序套接并密封穿过真空箱体内壁呈一体的带止动尾柄的左尾纤套管、左陶瓷芯管、左止推座、大螺母、法兰底座、右止推座、右陶瓷芯管和带止动尾柄的右尾纤套管，

所述带止动左尾柄尾纤套管与左陶瓷芯管之间、带止动尾柄的右尾纤套管和设有准直器右陶瓷芯管之间分别设有左准直器和右准直器，左准直器和右准直器分别置于左陶瓷芯管和右陶瓷芯管内部并分别与左陶瓷芯管和右陶瓷芯管构成一个整体分别固定于带止动左尾柄尾纤套管、带止动尾柄的右尾纤套管内；

所述左陶瓷芯管和右陶瓷芯管上分别套有左I类密封圈和右I类密封圈，左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管分别与左陶瓷芯管和右陶瓷芯管连接均为过渡密封、左I类密封圈和右I类密封圈分别位于左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管的内侧台阶上；

所述左带止动尾柄尾纤套管与左止推座之间、右带止动尾柄尾纤套管和右止推座之间分别设有左II类密封圈和右II类密封圈，当带止动尾柄尾纤套管螺母旋转至止推座螺纹末端时，左II类密封圈和右II类密封圈使得左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管前端分别与左止推座、右止推座连接为过渡密封，连接固定时左II类密封圈和右II类密封圈分别处于左止推座、右止推座螺纹末端；

所述大螺母与法兰底座之间依次设有左透镜和右透镜，当大螺母与法兰底座紧固连接时，左透镜和右透镜置于法兰底座管道内；

所述法兰底座穿过真空箱体与真空箱体内壁接触的两个端面处之间依次设有右III类密封圈和左III类密封圈，右III类密封圈和左III类密封圈使得法兰底座和真空箱体内壁、大螺母连接时为过渡密封，此时右III类密封圈和左III类密封圈置于法兰底座的螺纹末端外台阶处，当法兰底座与真空箱体、大螺母紧固时，右III类密封圈和左III类密封圈处于法兰底座螺纹的末端凹陷处。

所述左准直器和右准直器均为玻璃材质的光纤准直器，光纤准直器的长度与左陶瓷芯管和右陶瓷芯管长度一致、光纤准直器的外径与左陶瓷芯管和右陶瓷芯管的内径一致，光纤准直器的几何尺寸满足左准直器和右准直器、左陶瓷芯管和右陶瓷芯管分别与左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管管连接时为紧固连接。

所述左I类密封圈和右I类密封圈均为硅胶○型密封圈，左I类密封圈和右I类密封圈的内径尺寸分别与左陶瓷芯管和右陶瓷芯管的外径尺寸一致，左I类密封圈和右I类密封圈的外径尺寸分别与左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管前端内径尺寸一致，左I类密封圈和右I类密封圈线径大小满足左陶瓷芯管和右陶瓷芯管、左带止动尾柄尾纤套管和右带止动尾柄尾纤套管分别左止推座、右止推座连接时为过渡密封。

所述左II类密封圈和右II类密封圈均为硅胶○型密封圈，II类密封圈和右II类密封圈的内径尺寸分别左止推座、右止推座的凸起平台无螺纹凹处的外径尺寸一致、II类密封圈和右II类密封圈的外径尺寸分别大于左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管的前端螺母外径尺寸，II类密封圈和右II类密封圈的线径大小满足左带止动尾柄尾纤套管、右带止动尾柄尾纤套管分别与左止推座、右止推座连接时为过渡密封。

所述左III类密封圈和右III类密封圈均为硅胶○型密封圈，左III类密封圈和右III类密封圈的内径尺寸与法兰底座预留环形凹槽内径一致、左III类密封圈和右III类密封圈外径尺寸与法兰底座预留环形凹槽外径一致、左III类密封圈和右III类密封圈线径大小满足法兰底座、大螺母与真空箱体内壁连接时为过渡密封。

所述左透镜和右透镜均为K9玻璃材质的结构尺寸一致的凸透镜，左透镜和右透镜主要作用是保障光以最小损耗在左准直器与右准直器之间传输，则凸透镜焦距f、左透镜与右透镜之间间距d、左准直器与右准直器端面间距L，满足公式(1)：

由式(1)可知，左透镜与右透镜之间间距d可由式(2)计算得出：

式中，L由真空法兰装置结构决定，f为凸透镜焦距、由凸透镜材质与结构决定，对于成型的真空法兰装置及给定凸透镜，L、f均为常数，因此，实际中，只需要固定左透镜，右透镜的位置也被确定了。

这种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置采用硅胶圈密封工艺与光纤准直空间光传输技术相结合处理，实现光纤连接器防潮密封连接及高真空度需求，也满足传输高能量脉冲激光的需求，利用传统真空法兰装置各零部件连接之间的预留空间间隙新增3处硅胶圈密封工艺和准直传输技术，并通过各零部件紧固可靠连接，保证本技术方案的真空法兰装置在使用时具有良好防潮密封及保持真空度条件下传输高能量脉冲激光性能。

这种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置可以克服传统真空法兰装置使用时的缺点，具体有益效果主要有以下几点：

1)可长期应用于高能量光纤激光装置或系统的光传输，具备长期稳定防潮密封性能，解决传统光纤连接器及真空法兰装置防潮密封性差的问题；

2)这种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置能够保持高可靠与稳定的真空度，且传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置光纤连接器仍是活动连接，在使用时可任意插拔，连接紧固时具备长期防潮密封效果，插拔不改变传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置能够保持高可靠与稳定的真空度性能；

3)传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置可直接替代传统真空法兰装置直接安装在真空箱体壁上，不需要另设接口或转接结构；

4)这种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置成本低、外观结构简单、制作工艺与步骤简单、能够广泛应用高能量/高功率激光装置中；

5)这种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置不因新增防潮密封工艺和稳定传输高能量脉冲激光技术而增加附加损耗，新增工艺和创新技术不影响真空法兰装置制作时的成型工艺以及对轴精度。

这种装置成本低、具有防潮密封性能好、能传输高能量脉冲激光的优点、制作工艺简单且应用范围广，是一种可靠性高、稳定连接性好、寿命长的光无源器件。

附图说明

图1为实施例中传统真空法兰装置的结构示意图；

图2为实施例中传统真空法兰装置各零部件组成装配示意图；

图3为实施例的结构爆炸示意图；

图4为实施例中各零部件组成装配示意图；

图5为实施例中透镜间距及与准直器端面间距关系示意图。

图中，1.带止动尾柄的左尾纤套管 2.左准直器 3.左陶瓷芯管 4.左I类密封圈5.左II类密封圈 6.左止推座 7.大螺母 8.左III类密封圈 9.左透镜 10.真空箱体 11.右透镜 12.右III类密封圈 13.法兰底座 14.右止推座 15.右II类密封圈 16.右I类密封圈17.右陶瓷芯管 18.右准直器 19.带止动尾柄的右尾纤套管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

参照图3、图4，一种传输高能量脉冲激光的防潮密封型真空法兰装置，包括传统真空光纤法兰装置，如图1、图2所示，所述传统真空光纤法兰装置由从左至右顺序套接并密封穿过真空箱体10内壁呈一体的带止动尾柄的左尾纤套管1、左陶瓷芯管3、左止推座6、大螺母7、法兰底座13、右止推座14、右陶瓷芯管17和带止动尾柄的右尾纤套管19，

所述带止动左尾柄尾纤套管1与左陶瓷芯管3之间、带止动尾柄的右尾纤套管19和设有准直器右陶瓷芯管17之间分别设有左准直器2和右准直器18，左准直器2和右准直器18分别置于左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17内部并分别与左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17构成一个整体分别固定于带止动左尾柄尾纤套管1、带止动尾柄的右尾纤套管19内；

所述左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17上分别套有左I类密封圈4和右I类密封圈16，左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19分别与左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17连接均为过渡密封、左I类密封圈4和右I类密封圈16分别位于左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19的内侧台阶上；

所述左带止动尾柄尾纤套管1与左止推座6之间、右带止动尾柄尾纤套管19和右止推座14之间分别设有左II类密封圈5和右II类密封圈15，当带止动尾柄尾纤套管螺母旋转至止推座螺纹末端时，左II类密封圈5和右II类密封圈15使得左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19前端分别与左止推座6、右止推座14连接为过渡密封，连接固定时左II类密封圈5和右II类密封圈15分别处于左止推座6、右止推座14螺纹末端；

所述大螺母7与法兰底座13之间依次设有左透镜9和右透镜11，当大螺母7与法兰底座13紧固连接时，左透镜9和右透镜11置于法兰底座管道内；

所述法兰底座13穿过真空箱体10与真空箱体10内壁接触的两个端面处之间依次设有右III类密封圈12和左III类密封圈8，右III类密封圈12和左III类密封圈8使得法兰底座13和真空箱体10内壁、大螺母7连接时为过渡密封，此时右III类密封圈12和左III类密封圈8置于法兰底座13的螺纹末端外台阶处，当法兰底座13与真空箱体10、大螺母7紧固时，右III类密封圈12和左III类密封圈8处于法兰底座螺纹的末端凹陷处。

所述左准直器2和右准直器18均为玻璃材质的光纤准直器，光纤准直器的长度与左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17长度一致、光纤准直器的外径与左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17的内径一致，光纤准直器的几何尺寸满足左准直器2和右准直器18、左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17分别与左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19管连接时为紧固连接。

所述左I类密封圈4和右I类密封圈16均为硅胶○型密封圈，左I类密封圈4和右I类密封圈16的内径尺寸分别与左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17的外径尺寸一致，左I类密封圈4和右I类密封圈16的外径尺寸分别与左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19前端内径尺寸一致，左I类密封圈4和右I类密封圈16线径大小满足左陶瓷芯管3和右陶瓷芯管17、左带止动尾柄尾纤套管1和右带止动尾柄尾纤套管19分别左止推座6、右止推座14连接时为过渡密封，本例中硅胶○型密封圈尺寸为4.0mm×1.0mm(外径×线径)。

所述左II类密封圈5和右II类密封圈15均为硅胶○型密封圈，II类密封圈5和右II类密封圈15的内径尺寸分别左止推座6、右止推座14的凸起平台无螺纹凹处的外径尺寸一致、II类密封圈5和右II类密封圈15的外径尺寸分别大于左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19的前端螺母外径尺寸，II类密封圈5和右II类密封圈15的线径大小满足左带止动尾柄尾纤套管1、右带止动尾柄尾纤套管19分别与左止推座6、右止推座14连接时为过渡密封，本例中II类硅胶○型密封圈尺寸为8.0mm×1.0mm(外径×线径)。

所述左III类密封圈8和右III类密封圈12均为硅胶○型密封圈，左III类密封圈8和右III类密封圈12的内径尺寸与法兰底13座预留环形凹槽内径一致、左III类密封圈8和右III类密封圈12外径尺寸与法兰底13座预留环形凹槽外径一致、左III类密封圈8和右III类密封圈12线径大小满足法兰底座13、大螺母7与真空箱体10内壁连接时为过渡密封，本例中右III类密封圈12的尺寸为35.0mm×2.5mm(外径×线径)。

参照图5，所述左透镜9和右透镜11均为K9玻璃材质的结构尺寸一致的凸透镜，左透镜9和右透镜11主要作用是保障光以最小损耗在左准直器2与右准直器18之间传输，则凸透镜焦距f、左透镜9与右透镜11之间间距d、左准直器2与右准直器18端面间距L，满足公式(1)：

由式(1)可知，左透镜9与右透镜11之间间距d可由式(2)计算得出：

式中，L由真空法兰装置结构决定，f为凸透镜焦距、由凸透镜材质与结构决定，对于成型的真空法兰装置及给定凸透镜，L、f均为常数，因此，实际中，只需要固定左透镜9，右透镜10的位置也被确定了。