CN111060013A - 一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光技术领域，并公开了一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统。该系统包括激光脉冲装置、凸透镜、检测装置和拍摄装置，检测装置中充满透明液体，凸透镜用于将发射的脉冲激光聚焦在检测装置中的透明液体中，拍摄装置用于拍摄空化过程，其中，检测装置包括进液口、储液腔和测量腔，进液口与储液腔连通，当透明液体从进液口进入储液腔并充满储液腔和测量腔后，封闭进液口，测量腔上设置的开口的橡皮塞中设置有毛细管，当脉冲激光聚焦在透明液体中时，透明液体发生空化现象产生气泡，使得毛细管中的液面上升，通过读取毛细管中液面上升的高度获得空化产生的气体的体积。通过本发明，实现对空化气体体积的快速测量。

Description

一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统
技术领域
本发明属于激光技术领域，更具体地，涉及一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统。
背景技术
随着时间的推移，高聚焦超短脉冲激光在细胞生物物理学和生物技术中的应用越来越广泛。最新的研究成果显示，人们已经能够利用超短脉冲激光对细胞结构进行取样和随后的生物物理表征。然而，尽管脉冲激光微束技术在不断发展，其物理机制却很少被研究，这些物理机制的知识是至关重要的，并将提供一个框架，以推动脉冲激光微束技术的进一步研究和发展。
超短脉冲激光与液态物质间作用机理的实验研究主要针对两个方面：其一是高聚焦超短脉冲激光诱导产生的电离过程。在超短脉冲激光的诱导下，液体分子中的束缚电子在多光子电离或隧道电离的作用下从价带跃迁至导带。跃迁至导带的电子经过逆韧致辐射吸收获得更高的电子动能，以此引发电子间的碰撞，进一步诱导产生雪崩电离；其二是高聚焦超短脉冲激光诱导产生的空化过程。在超短脉冲激光的诱导下，焦点位置首先生成一个气泡核。该气泡核形成的初期，气泡核在表面张力的作用下逐渐扩大。之后表面张力的作用逐渐减小，气泡核在内部蒸汽压的作用下进一步扩大，最终形成空化气泡。目前，没有相应的装置可用于超短脉冲激光空化过程产生气泡的体积的测量，因此，急需提供一种适合于实验室快速测量空化产生气泡体积的装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其中通过对其整体布局和关键部件的结构设计，其中尤其是对检测装置的设计，通过设计进液口、储液腔和测量腔，在超短脉冲激光诱导下使得储液腔中的透明液体空化产生气泡，通过测量毛细管中液面上升的高度，即可测得空化气体的体积，结构简单，操作方便。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，该系统包括激光脉冲装置、凸透镜、检测装置和拍摄装置，
所述检测装置中充满透明液体，所述激光脉冲装置设置在所述检测装置前方，用于发射脉冲激光，所述凸透镜设置在所述激光脉冲装置和检测装置之间，用于将所述发射的脉冲激光聚焦在所述检测装置中的透明液体中，所述拍摄装置用于拍摄在激光诱导下所述检测装置中透明液体产生空化气体的过程，其中，
所述检测装置包括进液口、储液腔和测量腔，所述进液口与所述储液腔连通，当透明液体从所述进液口进入所述储液腔并充满所述储液腔和测量腔后，封闭所述进液口，所述储液腔用于储存透明液体，所述测量腔与所述储液腔连通，该测量腔上设置有开口，开口中设置有橡皮塞，橡皮塞中设置有毛细管，当脉冲激光聚焦在所述透明液体中时，透明液体发生空化现象产生气泡，使得所述毛细管中的液面上升，通过读取毛细管中液面上升的高度获得空化产生的气体的体积，以此实现空化气体体积的测量。
进一步优选地，所述储液腔外表面平整且呈透明状，保证超短脉冲激光从任意角度穿透所述储液腔的腔壁并聚焦在该储液腔中的透明液体中。
进一步优选地，所述检测装置的材料采用石英玻璃。
进一步优选地，所述毛细管采用微刻度定量吸管。
进一步优选地，所述激光脉冲装置发射的激光的波长范围为300nm～1200nm，发射脉冲重复频率范围为1Hz～1000Hz。
进一步优选地，所述透明液体为水或生理盐水。
进一步优选地，所述进液口设置有橡皮塞，当采用激光照射所述储液腔中的透明液体时，所述橡皮塞将对液口封闭。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过设计超短脉冲激光诱导系统，通过将超短脉冲激光聚焦于检测装置中的透明液体中，使得该透明液体空化产生气体，空化的气体使得测量装置中的透明液体溢出进入毛细管，通过毛细管中液面的高度变化获知空化气体的体积，测量方式简单，装置成本低，适合实验室的测量环境；
2、本发明通过对检测装置的设计，该检测装置呈透明状，一方面方便超短脉冲激光穿透聚焦在透明液体中，另一方面也方便拍摄装置在任何角度的拍摄，便于实时监控反应过程。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统的结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的检测装置的截面图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的拍摄装置拍摄的空化过程中产生的气泡的图像。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-进液口，2-储液腔，3-测量腔,4-毛细管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，该系统包括激光脉冲装置、凸透镜、检测装置和拍摄装置，所述检测装置中充满透明液体，所述激光脉冲装置设置在所述检测装置前方，用于发射脉冲激光，所述凸透镜设置在所述激光脉冲装置和检测装置之间，用于将所述发射的脉冲激光聚焦在所述检测装置中的透明液体中，所述拍摄装置用于拍摄在激光诱导下所述检测装置中透明液体产生空化气体的过程，其中，
如图2所示，所述检测装置包括进液口1、储液腔2和测量腔3，所述进液口1与所述储液腔2连通，用于向所述储液腔2和测量腔3中注入透明液体，所述储液腔2用于储存透明液体，所述测量腔3与所述储液腔2连通，该测量腔3上设置有开口，开口中设置有橡皮塞，橡皮塞中设置有毛细管4，当脉冲激光聚焦在所述透明液体中时，透明液体发生空化现象产生气泡，使得所述毛细管4中的液面上升，通过读取毛细管中液面上升的高度获得空化产生的气体的体积，以此实现空化气体体积的测量。
实验过程中将装置内注满待测液体，超短脉冲激光聚焦于检测装置的液体内部，以此诱导产生空化气泡，如图3所示，是本实施例中产生空化气泡的图片。该检测装置气密性极佳，产生空化气泡后由于整体体积的扩大会导致旁侧的毛细管液面上升，由此将实验中空化产生的气泡体积等效转化为旁侧毛细管内的液体体积。本实施例中，透明液体为水或生理盐水，但不仅仅限于这两种透明液体，也可以采用其他的透明液体。
毛细管为微刻度定量吸管，基于其定容特性，利用毛细管内液面变化的高度差可以精确地得到毛细管内上升部分的液体体积，该体积即为超短脉冲激光诱导水中空化所生成的气泡排开的液体体积，即空化气泡体积的总和。
检测装置的所有表面均为平整且高度透明的石英玻璃制成，这种表面保证了超短脉冲激光的光路可以从任意表面聚焦与液体内部，并且实验中无论肉眼还是CCD系统均可从任意表面进行观察。
检测装置中的橡皮塞可以为00号以及0号橡胶塞，可以完美地契合装置的注水口，保证其气密性。
本实施例中，检测装置与位移系统配合使用，位移系统包括LX20/M一体式XY位移台和KSMV10A-90C高精密手动升降台。此位移系统可从X轴、Y轴、Z轴三个方向的自由度对检测装置的空间位置进行调整，以根据实验要求任意改变聚焦点在液体内部的位置并保证观察角度的便利性。
本实施例中，拍摄装置为以BFS-U3-13Y3C型号的机器视觉相机，可在定量测定超短脉冲激光诱导水中空化所产生的气泡体积的同时对液体内部进行观察。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，该系统包括激光脉冲装置、凸透镜、检测装置和拍摄装置，
所述检测装置中充满透明液体，所述激光脉冲装置设置在所述检测装置前方，用于发射脉冲激光，所述凸透镜设置在所述激光脉冲装置和检测装置之间，用于将所述发射的脉冲激光聚焦在所述检测装置中的透明液体中，所述拍摄装置用于拍摄在激光诱导下所述检测装置中透明液体产生空化气体的过程，其中，
所述检测装置包括进液口(1)、储液腔(2)和测量腔(3)，所述进液口(1)与所述储液腔(2)连通，当透明液体从所述进液口(1)进入所述储液腔(2)并充满所述储液腔(2)和测量腔(3)后，封闭所述进液口(1)，所述储液腔(2)用于储存透明液体，所述测量腔(3)与所述储液腔(2)连通，该测量腔上设置有开口，开口中设置有橡皮塞，橡皮塞中设置有毛细管(4)，当脉冲激光聚焦在所述透明液体中时，透明液体发生空化现象产生气泡，使得所述毛细管中的液面上升，通过读取毛细管中液面上升的高度获得空化产生的气体的体积，以此实现空化气体体积的测量。
2.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述储液腔(2)外表面平整且呈透明状，保证超短脉冲激光从任意角度穿透所述储液腔的腔壁并聚焦在该储液腔中的透明液体中。
3.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述检测装置的材料采用石英玻璃。
4.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述毛细管(4)采用微刻度定量吸管。
5.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述激光脉冲装置发射的激光的波长范围为300nm～1200nm，发射脉冲重复频率范围为1Hz～1000Hz。
6.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述透明液体为水或生理盐水。
7.如权利要求1所述的一种测量超短脉冲激光诱导产生空化气体体积的系统，其特征在于，所述进液口(1)设置有橡皮塞，当采用激光照射所述储液腔(2)中的透明液体时，所述橡皮塞将对液口封闭。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2125108A (en) * 1982-07-31 1984-02-29 Anthony Watson Liquid supply vessel
CN85104857A (zh) * 1985-06-21 1986-12-17 广东工学院 恒温补偿微压计
CN201765024U (zh) * 2010-09-12 2011-03-16 王荣超 一种远程间接测量并显示液体深度的装置
CN202748091U (zh) * 2012-08-31 2013-02-20 王发应 气体摩尔体积测量装置
CN103849757A (zh) * 2014-03-10 2014-06-11 广东工业大学 一种基于激光诱导空化的金属表面强化装置及方法
CN204348209U (zh) * 2015-01-15 2015-05-20 李宪臣 金属钠与水反应装置
CN104759753A (zh) * 2015-03-30 2015-07-08 江苏大学 多系统自动化协调工作的激光诱导空化强化的装置及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2125108A (en) * 1982-07-31 1984-02-29 Anthony Watson Liquid supply vessel
CN85104857A (zh) * 1985-06-21 1986-12-17 广东工学院 恒温补偿微压计
CN201765024U (zh) * 2010-09-12 2011-03-16 王荣超 一种远程间接测量并显示液体深度的装置
CN202748091U (zh) * 2012-08-31 2013-02-20 王发应 气体摩尔体积测量装置
CN103849757A (zh) * 2014-03-10 2014-06-11 广东工业大学 一种基于激光诱导空化的金属表面强化装置及方法
CN204348209U (zh) * 2015-01-15 2015-05-20 李宪臣 金属钠与水反应装置
CN104759753A (zh) * 2015-03-30 2015-07-08 江苏大学 多系统自动化协调工作的激光诱导空化强化的装置及方法

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