CN102170081B - 用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法 - Google Patents

用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法 Download PDF

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张帆
徐剑飞
潘华志
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Abstract

本发明公开了一种用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法。所述的冷却液由含有荧光染料的基液和水按1∶30～100的体积比组成，其中，基液是由丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃按15～30∶1的体积比混合得到；含有荧光染料的基液，是在基液中加入派洛宁Y、5-羧基四甲基罗丹明、青色素染料3.5、5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯、罗丹明B、罗丹明红、APC-近红外染料、近红外染料和PE-近红外染料9种荧光染料，搅匀、溶解得到。应用本发明所述的冷却液，可全腔或部分冷却灯源及Nd:YAG激光晶体，并吸收灯谱中短波长的光进行光谱转移，提高Nd:YAG激光器的激光输出功率。

Description

用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体激光器，具体涉及用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法。
背景技术
灯泵浦固体Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器作为激光器种类的一个分支，一直在工业生产、科研、医疗等方面发挥重大作用，其核心机理为利用惰性气体灯，金属蒸汽灯等广谱光源作为泵浦源，其发射的光被固体激光材料吸收，从而使固体Nd:YAG激光材料产生粒子数翻转，进而产生激光。固体Nd:YAG激光材料的吸收光谱并不是广谱的，而是只有有限的几个吸收峰值，因而广谱光源产生的大量能量无法被吸收，造成固体激光器Nd:YAG的能量转化效率很低，只有2～4％，实验室条件下可达6％。
冷却液(水)是保证激光器正常工作的主要条件之一，大多数水温都设定在18～25度左右，而且是循环使用，水质的保证是循环使用的前提。目前固体Nd:YAG激光器一般都采用纯净水为冷却液，至今还没有通过改变冷却液来提高固体激光器的激光输出功率的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液及其制备方法。灯泵浦固体Nd:YAG激光器在工作过程中，以本发明所述冷却液替代纯净水，可使激光器的能量转化效率至少提高20％以上。
本发明所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，是由含有荧光染料的基液和水按1∶30～100的体积比组成，其中，
基液，是由丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃按15～30∶1的体积比混合得到；
含有荧光染料的基液，是在基液中加入荧光染料，搅匀得到；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别为：
派洛宁Y(Pyronin Y)，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明(5-TAMRA)，5*10-8～10*10-8mol/L；
青色素染料3.5(Cy3.5TM)，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯(5-ROX-SE)，1*10-9～10*10-9mol/L；
罗丹明B(Rhodamine B)，1*10-7～10*10-7mol/L；
罗丹明红(Rhodamine Red TM)，1*10-7～10*10-7mol/L；
APC-近红外染料(APC-Cy7)，1*10-8～10*10-8mol/L；
近红外染料(Cy7 TM)，1*10-8～10*10-8mol/L；
PE-近红外染料(PE-Cy7)，1*10-8～10*10-8mol/L。
上述冷却液中，含有荧光染料的基液和水的体积比优选为1∶40～80；更优选的体积比为1∶40～70。
所述单环芳香烃为苯、甲苯或苯乙烯。
所述冷却液的基液中，丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃的体积比为20～25∶1。
本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液的制备方法，包括以下步骤：
1)将丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃按15～30∶1的体积比混合均匀，制得基液；
2)在基液中加入荧光染料，搅拌均匀，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，5*10-8～10*10-8mol/L；
青色素染料3.5，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，1*10-9～10*10-9mol/L；
罗丹明B，1*10-7～10*10-7mol/L；
罗丹明红，1*10-7～10*10-7mol/L；
APC-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
PE-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶30～100的体积比混合均匀，即得。
上述方法步骤1)中，所述单环芳香烃为苯、甲苯或苯乙烯。
灯泵浦固体Nd:YAG激光器在工作过程中，在其它条件相同的情况下，以本发明所述冷却液替代原有纯净水，由于冷却液中添加了一定浓度的荧光染料，该添加的荧光染料会将原来激光棒不吸收的光谱部分转化为激光棒可吸收的广谱部分，因而可提高激光器的激光输出功率，使激光器的能量转化效率提高20％以上。
具体实施方式
本发明申请中，冷却液中添加的荧光染料的激发波长和发射波长如下述表1所示：
表1：
Figure BSA00000449443800021
实施例1
1)取体积浓度为95％的乙醇和苯按15∶1的体积比混合均匀，得到基液；
2)在基液中加入各种荧光染料，搅拌、溶解，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，5*10-8mol/L；
青色素染料3.5，5*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，5*10-9mol/L；
罗丹明B，10*10-7mol/L；
罗丹明红，5*10-7mol/L；
APC-近红外染料，1*10-8mol/L；
近红外染料，8*10-8mol/L；
PE-近红外染料，5*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶80的体积比混合均匀，即得本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液。
实施例2
1)取体积浓度为100％的乙醇和甲苯按20∶1的体积比混合均匀，得到基液；
2)在基液中加入各种荧光染料，搅拌、溶解，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，5*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，10*10-8mol/L；
青色素染料3.5，8*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，10*10-9mol/L；
罗丹明B，2*10-7mol/L；
罗丹明红，10*10-7mol/L；
APC-近红外染料，10*10-8mol/L；
近红外染料，1*10-8mol/L；
PE-近红外染料，10*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶30的体积比混合均匀，即得本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液。
实施例3
1)取体积浓度为95％的乙醇和苯乙烯按30∶1的体积比混合均匀，得到基液；
2)在基液中加入各种荧光染料，搅拌、溶解，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，8*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，5*10-8mol/L；
青色素染料3.5，10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，1*10-9mol/L；
罗丹明B，6*10-7mol/L；
罗丹明红，1*10-7mol/L；
APC-近红外染料，5*10-8mol/L；
近红外染料，10*10-8mol/L；
PE-近红外染料，1*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶100的体积比混合均匀，即得本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液。
实施例4
1)取丙酮和苯按25∶1的体积比混合均匀，得到基液；
2)在基液中加入各种荧光染料，搅拌、溶解，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，10*10-8mol/L；
青色素染料3.5，10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，5*10-9mol/L；
罗丹明B，10*10-7mol/L；
罗丹明红，10*10-7mol/L；
APC-近红外染料，1*10-8mol/L；
近红外染料，1*10-8mol/L；
PE-近红外染料，1*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶50的体积比混合均匀，即得本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液。
实施例5
重复实施例2中用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液的制备方法，不同的是，以丙酮替代体积浓度为100％的乙醇。
实施例6
1)取丙酮和苯按30∶1的体积比混合均匀，得到基液；
2)在基液中加入各种荧光染料，搅拌、溶解，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，6*10-8mol/L；
青色素染料3.5，5*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，10*10-9mol/L；
罗丹明B，10*10-7mol/L；
罗丹明红，8*10-7mol/L；
APC-近红外染料，4*10-8mol/L；
近红外染料，2*10-8mol/L；
PE-近红外染料，8*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶70的体积比混合均匀，即得本发明所述用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液。
下面分别以纯净水和本发明制备的冷却液应用于同一台激光器(其它工作条件相同)，分别对它们的输入功率、输出功率进行对比，以实验说明本发明冷却液可提高激光器的激光输出功率的效果。
一、实验仪器：本申请人生产的同步TBS-1型激光毛化机激光器。
二、激光器冷却液类型：现有激光器常用的纯净水，本发明实施例1～6制备的冷却液。
三、激光器输出功率的对比数据如下述表2所示。
表2：
Figure BSA00000449443800051
Figure BSA00000449443800061
四、实验结果：
由上述表2中数据可看出，与常规的纯净水作为冷却液相比，应用本发明所述的冷却液，可全腔或部分冷却灯源及Nd:YAG激光晶体，并吸收灯谱中短波长的光进行光谱转移，以改善泵浦光谱与Nd:YAG激光晶体的吸收光谱的匹配关系，提高泵浦效率，从而提高Nd:YAG激光器的激光输出功率，实现高功率激光器。

Claims (7)

1.用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，其特征在于：所述的冷却液由含有荧光染料的基液和水按1∶30～100的体积比组成，其中，
基液，是由丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃按15～30∶1的体积比混合得到；
含有荧光染料的基液，是在基液中加入荧光染料，搅匀得到；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别为：
派洛宁Y，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，5*10-8～10*10-8mol/L；
青色素染料3.5，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，1*10-9～10*10-9mol/L；
罗丹明B，1*10-7～10*10-7mol/L；
罗丹明红，1*10-7～10*10-7mol/L；
APC-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
PE-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L。
2.根据权利要求1所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，其特征在于：含有荧光染料的基液和水的体积比为1∶40～80。
3.根据权利要求1所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，其特征在于：含有荧光染料的基液和水的体积比为1∶40～70。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，其特征在于：所述单环芳香烃为苯、甲苯或苯乙烯。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液，其特征在于：所述基液中，丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃的体积比为20～25∶1。
6.权利要求1所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将丙酮或体积浓度为95～100％的乙醇和单环芳香烃按15～30∶1的体积比混合均匀，制得基液；
2)在基液中加入荧光染料，搅拌均匀，得到含有荧光染料的基液；所述加入的荧光染料的种类及其在基液中的浓度分别如下：
派洛宁Y，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基四甲基罗丹明，5*10-8～10*10-8mol/L；
青色素染料3.5，5*10-8～10*10-8mol/L；
5-羧基-X-罗丹明琥珀酰亚胺酯，1*10-9～10*10-9mol/L；
罗丹明B，1*10-7～10*10-7mol/L；
罗丹明红，1*10-7～10*10-7mol/L；
APC-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
PE-近红外染料，1*10-8～10*10-8mol/L；
3)将步骤2)得到的含有荧光染料的基液和水按1∶30～100的体积比混合均匀，即得到冷却液。
7.权利要求6所述的用于灯泵浦固体Nd:YAG激光器的冷却液的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述单环芳香烃为苯、甲苯或苯乙烯。
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