CN104950433A - 激光束片光源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明激光片光源系统，它包括：第一反射镜、第二反射镜、菲涅尔透镜、网格微调装置、氩离子激光器、换热器和冷却塔。换热器的一端与冷却塔形成外循环回路，换热器的另一端与氩离子激光器的谐振腔冷却室形成内循环回路，冷却水分别在外循环回路和内循环回路内循环。氩离子激光器发射出来的激光束依次通过网格微调装置、菲涅尔透镜、第二反射镜和第一反射镜。网格微调装置、氩离子激光器、菲涅尔透镜、第二反射镜和第一反射镜分别被安装在片光转向装置上。本发明的换热系统保障了激光器安全运行；网格微调装置可灵活调整大功率激光束的传输方位，同时片光转向装置可使片光的传输高度和方位得以灵活调节，极大地方便使用者变换测量断面。
Description
技术领域
本发明涉及了一种用于平面激光束诱导荧光成像的激光束片光源系统。
背景技术
“平面激光束诱导荧光成像”技术(缩写为PLIF----“planar laser-inducedfluorescence imaging”)。所有应用片状光源照射被测对象，使其所含荧光物质激发(诱导)出荧光信号，以摄像设备记录荧光图像，其光强场(灰度)即包含有该荧光物的浓度场信息，此探测的实验技术称作PLIF。
片光源的生成系统一般由激光束器产出激光束后，用柱面透镜将激光束扩束为扇形片光，片光的横向光强分布依然保持激光束中的高斯分布，分布不均度较大；扇形片光的激光束能量散布面大，有效利用率低下。受此影响，PLIF系统拍摄的浓度场范围较小，很多时候不能满足测量需求。为此，将以往片光源的光学组件改为使用鲍威尔棱镜准直镜筒扩束，菲涅尔透镜再聚光后形成平行光片，不仅可获得较为均匀的光强分布。而且有效测量区域能大幅增加。此外，以往片光源的片光方位不易改变，片光布置不灵活。为此，曾试图用光导纤维来引导激光束。后因光纤在大功率激光束传导的使用中有不少难于解决的问题，如多模光纤的聚光性不佳，单模光纤与激光束器的光耦合效率不及50％等等而放弃。其后又试用导光臂，终因中等质量的多关节导光臂中激光束传导易走偏，出光束直径扩散较大；而高质量导光臂制造成本太高，导光臂方案也遭放弃。
发明内容
本申请的发明目的在于提供一种激光束片光源系统，它克服了现有的片光源生成系统的缺点，它适用于检测大范围PLIF浓度场，而不产生无干扰。
为了完成本申请的发明目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种激光束片光源系统，它包括：第一反射镜、第二反射镜、菲涅尔透镜、网格微调装置、氩离子激光器、换热器和冷却塔，换热器的一端与冷却塔形成外循环回路，换热器的另一端与氩离子激光器的谐振腔冷却室形成内循环回路，冷却水分别在外循环回路和内循环回路内进行循环，氩离子激光器发射出来的激光束依次通过网格微调装置、菲涅尔透镜、第二反射镜和第一反射镜，网格微调装置、氩离子激光器、菲涅尔透镜、第二反射镜和第一反射镜被安装在转向装置上，其中：转向装置上有一平台，垂直架装在垂直于平台的位置上，在平台上固定有氩离子激光器、网格微调装置、菲涅尔透镜台和两条水平滑道，两条水平滑道分别平行地装在平台的两侧，第二反射台装在两条水平滑道之间，第二调节杆的一端固定在菲涅尔透镜台上，另一端穿过第二反射台，第二调节杆使得第二反射台沿着两条水平滑道滑动，在第二反射台上装有第二反射镜，第二反射镜的反射面与第二反射台平面的夹角为45°，在菲涅尔透镜台装有菲涅尔透镜；垂直架上分别装有两条垂直滑道，第一反射台装在两条垂直滑道之间，在第一反射台上装有第一调节杆，第一调节杆使得第一反射台沿着两条垂直滑道上下滑动，在第一反射台的下方装有第一反射镜，第一反射镜的反射面与第一反射台平面的夹角为45°，第一反射镜正对着第二反射镜并且相互平行；网格微调装置包括：棱镜第一校正反射镜、第二校正反射镜和鲍威尔棱镜准直镜筒，激光束从氩离子激光器发射出来后，经过棱镜、第二校正反射镜和第一校正反射镜后，进入了鲍威尔棱镜准直镜筒。
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述第一反射镜和第二反射镜为直角反射镜；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述第一校正反射镜和第二校正反射镜为相互平行的平面反射镜，激光束与第一校正反射镜和第二校正反射镜的夹角分别为45°，棱镜为三角形棱镜；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述第二反射台上开有螺纹孔，第二调节杆为螺纹杆；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述第一反射台上开有螺纹孔，第一调节杆为螺纹杆；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述换热器的外循环回路中装有第二泵，第二泵被装在冷却塔和换热器之间；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：所述换热器的内循环回路中装有第一泵，第一泵被装在与氩离子激光器的谐振腔冷却室和换热器之间，内循环回路中冷却水为纯净水；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：激光束片光源系统还包括：控制主机，它用于控制氩离子激光器；
本发明的一种激光束片光源系统，其中：激光束片光源系统还包括：过滤器，在冷却塔和换热器之间装有过滤器。
本发明的一种激光束片光源系统克服了以往片光源的片光方位不易改变的缺点，使片光准确射入，可以灵活调整大功率激光束的传输方位，使鲍威尔镜产生均匀分布的片光。确定以多个反射镜构筑灵活的激光束传导光学平台，既保障了激光束低损耗的传导，又可使片光布置灵活方便，同时使激光束发射出来的片光源的高度可以很灵活地进行调节。
附图说明
图1为本发明激光束片光源系统的原理示意图；
图2为本发明激光束片光源系统中的转向装置的正向示意图；
图3为从图2的A-A处剖开的俯向示意图；
图4为图2的侧向示意图。
在图1至图4中，标号1为第一反射镜；标号2为第二反射镜；标号3为菲涅尔透镜；标号4为鲍威尔棱镜准直镜筒；标号5为第一校正反射镜；标号6为第二校正反射镜；标号7为网格微调装置；标号8为棱镜；标号9为氩离子激光器；标号10为控制主机；标号11为第一泵；标号12为换热器；标号13为冷却塔；标号14为第二泵；标号15为激光束；标号16为平台；标号17为第二调节杆；标号18为支撑架；标号19为第二反射镜台；标号20为水平滑道；标号21为菲涅尔透镜台；标号22为第一反射镜台；标号23为第一调节杆；标号24为垂直滑道；标号25为转向装置；标号26为过滤器；标号27为谐振腔冷却室。
具体实施方式
如图1所示，本发明的激光束片光源系统包括：第一反射镜1、第二反射镜2、菲涅尔透镜3、网格微调装置7、氩离子激光器9、换热器12、冷却塔13、控制主机10和过滤器26，换热器12的一端与冷却塔13形成外循环回路，换热器12的外循环回路中装有第二泵14，第二泵14被装在冷却塔13和换热器12之间。换热器12的另一端与氩离子激光器9的谐振腔冷却室27形成内循环回路，换热器12的内循环回路中装有第一泵11，第一泵11被装在与氩离子激光器9的谐振腔冷却室27和换热器12之间，内循环回路中冷却水为纯净水。控制主机10用于控制氩离子激光器9，过滤器26被装在冷却塔13和换热器12之间，氩离子激光器9发射出来的激光束15依次通过网格微调装置7、菲涅尔透镜3、第二反射镜2和第一反射镜1。
如图2至图4所示，网格微调装置7、氩离子激光器9、菲涅尔透镜3、第二反射镜2和第一反射镜1被安装在转向装置25上，转向装置25上有一平台16，垂直架18装在垂直于平台16的位置上，在平台16上固定有氩离子激光器9、网格微调装置7、菲涅尔透镜台21和两条水平滑道20，两条水平滑道20分别平行地装在平台16的两侧，第二反射台19装在两条水平滑道20之间，第二反射台19上开有螺纹孔，第二调节杆17为螺纹杆，第二调节杆17的一端固定在菲涅尔透镜台21上，另一端穿过第二反射台19，第二调节杆17使得第二反射台19沿着两条水平滑道20滑动，在第二反射台19上装有第二反射镜2，第二反射镜2的反射面与第二反射台19平面的夹角为45°，在菲涅尔透镜台21上装有菲涅尔透镜3；垂直架18上分别装有两条垂直滑道24，第一反射台22装在两条垂直滑道24之间，第一反射台22上开有螺纹孔，在第一反射台22上装有第一调节杆23，第一调节杆23为螺纹杆，第一调节杆23使得第一反射台22沿着两条垂直滑道24上下滑动，在第一反射台22的下方装有第一反射镜1，第一反射镜1的反射面与第一反射台22平面的夹角为45°，第一反射镜1正对着第二反射镜2并且相互平行。
如图1所示，网格微调装置7包括：棱镜8、第一校正反射镜5、第二校正反射镜6和鲍威尔棱镜准直镜筒4，激光束15从氩离子激光器9发射出来后，经过棱镜8、第二校正反射镜6和第一校正反射镜5后，进入了鲍威尔棱镜准直镜筒4。第一校正反射镜5和第二校正反射镜6为相互平行的平面反射镜，激光束15与第一校正反射镜5和第二校正反射镜6的夹角分别为45°，棱镜8为三角形棱镜。
第一校正反射镜5和第二校正反射镜6为相互平行的平面反射镜。激光束15通过棱镜8、第二校正反射镜6和第一校正反射镜5的微调后，进入鲍威尔棱镜准直镜筒4后形成扇形片光，该扇形片光加入菲涅尔透镜3后形成平行片光，该平行片光再经过第二反射镜2和第一反射镜1的反射后，从第一反射镜1中发射出平行于平台16的平行片光，该平行片光的高度通过调节第一反射台22的高度进行调节，第二调节杆17可以用于调节第二反射台19的水平位置。
网格微调装置7可以对激光束15进行微调节，使得激光束15通过鲍威尔棱镜准直镜筒4进入菲涅尔透镜3后，激光束15形成平行光源，平行片光再由第二反射镜2和第一反射镜1反射后，从第一反射镜1中发射出平行于平台16的平行光源。
由于氩离子激光器9的谐振腔外壁冷却水腔室十分狭小，在内循环回路中必须使用纯净的冷却水将谐振腔内的高热带出，换热器12的热水端由内循环水将热量传递给至换热器12中，与换热器12的外循环回路的冷却水进行换热，换热器12的外循环回路的冷却水再在冷却塔13中将其热量弃置于大气而得以冷却，完成整个冷却换热过程。
在氩离子激光器9的谐振腔冷却室27、换热器12和冷却塔13之间的管道上装有调节阀、压力表和温度计等组成一个高效冷却水热交换系统。
本片光源使用5W氩离子激光器9，它可以分离出的纯蓝光为片光，波长488nm，最高功率可达2.8W。
为便于改变片光的位置，以及激光束能准确射入鲍威尔棱镜准直镜筒镜筒的入光孔，要求激光束的方位和高低可灵活调整，本发明采用了直角反射镜和平面反射镜组。
为便于改变平行片光的布置方位，需要使用平面反射镜的第一校正反射镜5和第二反射镜6来折转传导方向。第一校正反射镜5和第二反射镜6的平面反射镜摆放成45°的平面镜使片光折转90°，第一校正反射镜5和第二反射镜6的水平反射镜和第二反射镜2和第一反射镜1的垂直反射镜均可微调其位置而使片光前后或上下位移，方便测量断面的设置。平面反射镜应镀膜处理，以减少光能损耗；其长度和宽度均应稍大于菲涅尔透镜。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (9)
1.一种激光束片光源系统，它包括：第一反射镜(1)、第二反射镜(2)、菲涅尔透镜(3)、网格微调装置(7)、氩离子激光器(9)、换热器(12)和冷却塔(13)，换热器(12)的一端与冷却塔(13)形成外循环回路，换热器(12)的另一端与氩离子激光器(9)的谐振腔冷却室(27)形成内循环回路，冷却水分别在外循环回路和内循环回路内进行循环，氩离子激光器(9)发射出来的激光束(15)依次通过网格微调装置(7)、菲涅尔透镜(3)、第二反射镜(2)和第一反射镜(1)，网格微调装置(7)、氩离子激光器(9)、菲涅尔透镜(3)、第二反射镜(2)和第一反射镜(1)被安装在转向装置(25)上，其特征在于：转向装置(25)上有一平台(16)，垂直架(18)装在垂直于平台(16)的位置上，在平台(16)上固定有氩离子激光器(9)、网格微调装置(7)、菲涅尔透镜台(21)和两条水平滑道(20)，两条水平滑道(20)分别平行地装在平台(16)的两侧，第二反射台(19)装在两条水平滑道(20)之间，第二调节杆(17)的一端固定在菲涅尔透镜台(21)上，另一端穿过第二反射台(19)，第二调节杆(17)使得第二反射台(19)沿着两条水平滑道(20)滑动，在第二反射台(19)上装有第二反射镜(2)，第二反射镜(2)的反射面与第二反射台(19)平面的夹角为45°，在菲涅尔透镜台(21)上装有菲涅尔透镜(3)；垂直架(18)上分别装有两条垂直滑道(24)，第一反射台(22)装在两条垂直滑道(24)之间，在第一反射台(22)上装有第一调节杆(23)，第一调节杆(23)使得第一反射台(22)沿着两条垂直滑道(24)上下滑动，在第一反射台(22)的下方装有第一反射镜(1)，第一反射镜(1)的反射面与第一反射台(22)平面的夹角为45°，第一反射镜(1)正对着第二反射镜(2)并且相互平行；网格微调装置(7)包括：棱镜(8)、第一校正反射镜(5)、第二校正反射镜(6)和鲍威尔棱镜准直镜筒(4)，激光束(15)从氩离子激光器(9)发射出来后，经过棱镜(8)、第二校正反射镜(6)和第一校正反射镜(5)后，进入了鲍威尔棱镜准直镜筒(4)。
2.如权利要求1所述激光束片光源系统，其特征在于：所述第一反射镜(1)和第二反射镜(2)为直角反射镜。
3.如权利要求2所述激光束片光源系统，其特征在于：所述第一校正反射镜(5)和第二校正反射镜(6)为相互平行的平面反射镜，激光束(15)与第一校正反射镜(5)和第二校正反射镜(6)的夹角分别为45°，棱镜(8)为三角形棱镜。
4.如权利要求3所述激光束片光源系统，其特征在于：所述第二反射台(19)上开有螺纹孔，第二调节杆(17)为螺纹杆。
5.如权利要求4所述激光束片光源系统，其特征在于：所述第一反射台(22)上开有螺纹孔，第一调节杆(23)为螺纹杆。
6.如权利要求4或5所述激光束片光源系统，其特征在于：所述换热器(12)的外循环回路中装有第二泵(14)，第二泵(14)被装在冷却塔(13)和换热器(12)之间。
7.如权利要求6所述激光束片光源系统，其特征在于：所述换热器(12)的内循环回路中装有第一泵(11)，第一泵(11)被装在与氩离子激光器(9)的谐振腔冷却室(27)和换热器(12)之间，内循环回路中冷却水为纯净水。
8.如权利要求7所述激光束片光源系统，其特征在于：激光束片光源系统还包括：控制主机(10)，它用于控制氩离子激光器(9)。
9.如权利要求8所述激光束片光源系统，其特征在于：激光束片光源系统还包括：过滤器(26)，在冷却塔(13)和换热器(12)之间装有过滤器(26)。
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