一種具有功率自動穩(wěn)定功能的雙探頭脈沖固體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光診斷和測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及到，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)實現(xiàn)固體物料成分在線檢測所用的能夠長期運行的激光器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser-1nducedBreakdown Spectroscopy，簡稱LIBS)，是近年逐步發(fā)展起來的一種潛在的工業(yè)過程在線測量技術(shù)，被嘗試應(yīng)用于各種工業(yè)過程的質(zhì)量控制或狀態(tài)診斷。該技術(shù)是采用脈沖激光作為發(fā)射光譜分析的誘發(fā)工具，因此激光器作為激發(fā)光源其本身的發(fā)展很大程度上決定了 LIBS技術(shù)在實際過程的應(yīng)用。對于工業(yè)過程的在線檢測，要求能實時反映被測對象的基本特征，同時像火力發(fā)電廠、水泥廠等工業(yè)過程，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，有粉塵和振動的影響，同時還需易于維護，因此對激光器本身的性能及整個系統(tǒng)長時間使用提出了更高的要求。LIBS技術(shù)常用的是Nd:YAG固體激光器，其激活物質(zhì)晶體使用氙燈作為栗浦燈管，少數(shù)固定的光譜峰被Nd離子吸收，大部分被吸收的光譜能量轉(zhuǎn)化成熱能，需要利用冷卻水將其熱量帶走，同時栗浦燈的使用次數(shù)有限，因此對整個系統(tǒng)的長時間使用提出了更高的要求。目前市場上常用的激光器有北京鐳寶光電有限公司、法國Quantel激光公司、Litron激光公司等，然而其提供的激光器只適合于實驗室工作環(huán)境(溫度20°C，濕度30%-70%)，且隨著運行時間的增加，激光冷卻水系統(tǒng)的水溫會升高，出現(xiàn)激光能量衰減的問題，最多只能保證連續(xù)工作(4-8)小時，難以適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中使用時長期穩(wěn)定可靠的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對市場上現(xiàn)有的Nd:YAG激光器不能滿足LIBS技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場的連續(xù)穩(wěn)定可靠運行的情況，本發(fā)明提供了一種具有功率自動穩(wěn)定功能的雙探頭脈沖固體激光器，整個激光器系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，保證易維護、易更換，可靠性高。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種具有功率自動穩(wěn)定功能的雙探頭脈沖固體激光器，包括激光器探頭端部、合束器、聚焦鏡片、控制系統(tǒng)、冷卻裝置，所述激光器探頭端部內(nèi)平行設(shè)置有由第一激光探頭電源供電的第一激光探頭和由第二激光探頭電源供電的第二激光探頭、兩塊對稱設(shè)置的45°分光鏡、設(shè)有光耦合器的光纖、激光功率計;所述合束器設(shè)置在包括激光器探頭端部的出光端，包括兩塊對稱設(shè)置的45°反射鏡和設(shè)置在兩塊對稱設(shè)置的45°反射鏡之間的、由步進電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)鏡片，所述第一激光探頭、第二激光探頭發(fā)出的激光分別傳輸至兩塊45°分光鏡，一部分光透過45°分光鏡，另一部分光由45°分光鏡反射至光纖耦合器后經(jīng)光纖傳輸至激光功率計進行激光能量的實時監(jiān)測，透過45°分光鏡的光經(jīng)45°反射鏡反射后由旋轉(zhuǎn)鏡片反射至合束器中心出口輸出，經(jīng)聚焦鏡片聚焦后與樣品作用產(chǎn)生等離子體;所述冷卻裝置為恒溫水冷系統(tǒng)，用于對激光探頭進行恒溫冷卻;所述控制系統(tǒng)與激光功率計、第一激光探頭電源、第二激光探頭電源、冷卻裝置、步進電機電路連接，用于控制冷卻裝置的冷卻水溫度、步進電機的旋轉(zhuǎn)角度、設(shè)定激光探頭的工作模式以及根據(jù)激光功率計實時監(jiān)測的激光輸出能量自適應(yīng)調(diào)整激光輸出能量使其位于設(shè)定范圍值內(nèi)。
[0005]進一步地，所述的冷卻裝置包括恒溫制冷機，用于保證激光器冷卻水的進出口水溫恒定，避免冷卻水溫度的變化對激光出光穩(wěn)定性的影響。
[0006]進一步地，所述設(shè)定激光探頭的工作模式具體為:設(shè)定第一激光探頭或者第二激光探頭的單獨工作，或設(shè)定第一激光探頭和第二激光探頭按預(yù)定時間間隔輪換工作。
[0007]進一步地，所述45°分光鏡表面鍍制用于實現(xiàn)對輸出激光進行透射和反射分光的分光膜，透過光和反射光的比例為99:1，保證99%的激光能夠透過該45°分光鏡傳輸至合束器中的45°反射鏡用于測量，剩余1%的激光可經(jīng)該45°分光鏡反射，并由光纖接收傳輸至激光功率計用于激光能量的實時監(jiān)測，根據(jù)反射與透射的比例，得到激光輸出的能量大小的實時測量結(jié)果，并傳輸至控制系統(tǒng)。
[0008]進一步地，所述根據(jù)激光功率計實時監(jiān)測的激光輸出能量自適應(yīng)調(diào)整激光輸出能量使其位于設(shè)定范圍值內(nèi)具備為:控制系統(tǒng)獲取激光功率計實時監(jiān)測的激光輸出能量，并將測量得到的激光輸出能量的統(tǒng)計平均值與設(shè)定值進行比較，當(dāng)偏差超過一定范圍時，向激光器系統(tǒng)發(fā)出指令，調(diào)整加載在激光探頭內(nèi)部氙燈兩端的加載電壓，調(diào)整激光輸出能量的統(tǒng)計平均值在設(shè)定范圍之內(nèi)，減小激光能量波動對光譜測量的影響。
[0009]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果包括:本發(fā)明采用兩個單獨的激光探頭，設(shè)置單獨的供電電源和冷卻裝置，可有效提高整個激光系統(tǒng)運行的可靠性，增加系統(tǒng)的使用壽命和工作周期。同時利用光纖傳輸式激光功率計對激光分光能量進行實時監(jiān)測，獲取激光能量的實時值，并將其統(tǒng)計平均值與設(shè)定值進行比較。根據(jù)比較結(jié)果，由控制系統(tǒng)發(fā)出指令對加載在氙燈兩端的電壓進行調(diào)整，從而實現(xiàn)對輸出激光能量的調(diào)整，保證激光出光的穩(wěn)定性，從而增加整個測量系統(tǒng)運行的可靠性。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的一種具有功率自動穩(wěn)定功能的雙探頭脈沖固體激光器示意圖。
[0011]圖中標(biāo)號:1-激光器探頭端部，2-合束器，3-第一激光探頭，4-第二激光探頭，5-45°分光鏡，6-45°反射鏡，7-旋轉(zhuǎn)鏡片，8-聚焦鏡片，9-激光功率計，10-光纖，11_等離子體，12-第一激光探頭電源，13-第二激探光頭電源，14-控制系統(tǒng)，15-冷卻裝置。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0013]如圖1所示，一種具有功率自動穩(wěn)定功能的雙探頭脈沖固體激光器，包括激光器探頭端部1、合束器2、聚焦鏡片8、控制系統(tǒng)14、冷卻裝置15。
[0014]所述激光器探頭端部1內(nèi)平行設(shè)置有由第一激光探頭電源12供電的第一激光探頭3和由第二激光探頭電源13供電的第二激光探頭4、兩塊對稱設(shè)置的45°分光鏡5、設(shè)有光耦合器的光纖10、激光功率計9;所述合束器2連接設(shè)置在包括激光器探頭端部1的出光端，包括兩塊對稱設(shè)置的45°反射鏡6和設(shè)置在兩塊對稱設(shè)置的45°反射鏡6之間的、由步進電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)鏡片7，所述第一激光探頭3、第二激光探頭4發(fā)出的激光分別傳輸至兩塊45°分光鏡5，一部分光透過45°分光鏡5，另一部分光由45°分光鏡5反射至光纖親合器后經(jīng)光纖10傳輸至激光功率計9進行激光能量的實時監(jiān)測，透過45°分光鏡5的光經(jīng)45°反射鏡反射后由旋轉(zhuǎn)鏡片7反射至合束器2中心出口輸出，經(jīng)聚焦鏡片8聚焦后與樣品作用產(chǎn)生等離子體11;所述冷卻裝置15為恒溫水冷系統(tǒng)，用于對激光探頭進行恒溫冷卻；
所述控制系統(tǒng)14與激光功率計9、第一激光探頭電源12、第二激光探頭電源13、冷卻裝置15、步進電機電路連接，用于控制冷卻裝置15的冷卻水溫度、步進電機的旋轉(zhuǎn)角度、設(shè)定激光探頭的工作模式以及根據(jù)激光功率計9實時監(jiān)測的激光輸出能量自適應(yīng)調(diào)整激光輸出能量使其位于設(shè)定范圍值內(nèi)。
[0015]所述的冷卻裝置15包括恒溫制冷機，用于保證激光器冷卻水的進出口水溫恒定，避免冷卻水溫度的變化對激光出光穩(wěn)定性的影響。
[0016]所述設(shè)定激光探頭的工作模式具體為:設(shè)定第一激光探頭3或者第二激光探頭4的單獨工作，或設(shè)定第一激光探頭3和第二激光探頭4按預(yù)