CN111641099B - 一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统，涉及激光系统技术领域。激光器射出激光形成第一光路，第一光路上依次设置有二倍频晶体、三倍频晶体、波长分离镜、谐振腔，波长分离镜分离出一路激光形成第二光路，谐振腔返回一路激光形成第三光路；合束片设置于第二光路与第三光路的相交处，形成第四光路，五倍频晶体设置于第四光路上；所述谐振腔内设置有BBO晶体及控制所述BBO晶体相位角转动的调谐装置；本发明还公开了一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统的方法。本发明实现同时输出两束满足二噁英在线监测要求的深紫外激光且其中一束在一定波长范围内可调谐。

Description

一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统及其方法
技术领域
本发明涉及激光系统技术领域，尤其涉及一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统及其方法。
背景技术
当前，气体中二噁英等痕量有机污染的检测以离线检测法(HJ 77.2)为主，尚无法实现在线检测的目的。激光电离联合飞行时间质谱技术于痕量有机污染物的在线检测方面展现出巨大优势，是痕量有机污染在线检测技术的主要发展方向。该主要技术原理是通过待测分子对多光子的吸收电离特性，结合飞行时间质谱检测，最终实现对待测样品的选择性软电离与定量检测。相比于其他传统电离源的检测技术，如EI、CI、紫外灯等，具有选择性强、干扰少、离子碎片少、抗污染能力强等优点。由于二噁英等痕量物质具备成分复杂、分子量大、含量极低等特点，需要两束一定波长的深紫外激光。当前市场的激光器多为单光束激光(常见波长为193nm、248nm、266nm、308nm、337nm等)、并不能达成同时产生两束一定波长且具备波长调谐功能的纳秒级深紫外激光的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统及其方法，实现同时输出两束满足二噁英在线监测要求的深紫外激光且其中一束在一定波长范围内可调谐。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，包括激光器、二倍频晶体、三倍频晶体、波长分离镜、谐振腔、合束片和五倍频晶体；所述激光器射出1064nm激光形成第一光路，所述第一光路上依次设置有二倍频晶体、三倍频晶体、波长分离镜、谐振腔，所述波长分离镜分离出一路532nm激光形成第二光路，谐振腔返回一路355nm激光形成第三光路；所述合束片设置于第二光路与第三光路的相交处，合成一路包含355nm激光和532nm激光的复合光形成第四光路，所述五倍频晶体设置于第四光路上；所述谐振腔内设置有BBO晶体及控制所述BBO晶体相位角转动的调谐装置。
进一步的，所述调谐装置包括恒温罩、铰接杆、凸轮、调节杆和复位机构；所述恒温罩罩设于主光路上的晶体之外，为晶体提供恒温环境；所述铰接杆设置于恒温罩上；所述调节杆的第一端固定连接于恒温罩上，第二端与凸轮相抵接，凸轮的转动带动恒温罩绕铰接杆转动；所述复位机构设置于恒温罩下方，为恒温罩提供压向凸轮的压力。
进一步的，所述调谐装置还包括固定架，所述铰接杆固定于固定架上，所述复位机构设置于固定架与恒温罩之间。
进一步的，所述复位机构为弹簧。
进一步的，所述恒温罩包括底板、加热层、温度传感器、罩体和平面镜；所述加热层环绕在底板的周侧形成用于放置BBO晶体的容纳腔；所述温度传感器设置于BBO晶体上，检测BBO晶体的实时温度；所述罩体罩射在加热层外侧；所述加热层两侧的相对位置上设置有第一通孔，所述罩体两侧的相对位置上设置有第二通孔，所述第一通孔与第二通孔在同一直线上，所述平面镜密封安装于第二通孔内。
进一步的，还包括翅片，所述翅片均匀设置于加热层内侧除第一通孔以外的位置上。
进一步的，所述底板沿水平向外延伸形成折边。
进一步的，所述底板和罩体采用绝热材料制成。
一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，打开激光器，谐振腔输出UV光，五倍频晶体输出213nm激光；
S2，控制凸轮转动，使得与凸轮相抵接的调节杆向上或向下摆动；
S3，BBO晶体绕铰接杆转动，使得BBO晶体的相位角发生改变；
S4，谐振腔输出的UV光在240nm～300nm波段范围内调谐。
进一步的，所述S2中，复位机构时刻为恒温罩提供压向凸轮的压力。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过一台激光器实现了同时输出两束满足二噁英在线监测要求的深紫外激光，并且通过调节谐振腔内BBO晶体的相位角使得其中一束在一定波长范围内可调谐。
附图说明
图1为本发明一实施例的整体结构示意图。
图2为本发明一实施例的调谐装置立体图。
图3为本发明一实施例的调谐装置剖视图。
图4为本发明一实施例的调谐装置另一角度剖视图。
图5为本发明一实施例的恒温罩结构示意图。
图中：1、激光器；2、二倍频晶体；3、三倍频晶体；4、波长分离镜；5、谐振腔；51、BBO晶体；6、合束片；7、五倍频晶体；71、激光能量监测装置；72、第一213nm反射镜；73、第二213nm反射镜；31、滤光片；8、调谐装置；101、第一1064nm反射镜；102、第二1064nm反射镜；103、第一355nm反射镜；104、第二355nm反射镜；105、532nm反射镜；21、恒温罩；211、铰接孔；22、铰接杆；23、凸轮；24、调节杆；25、复位机构；26、固定架；27、机械马达；3、上位机；41、底板；411、折边；42、加热层；421、第一通孔；43、温度传感器；44、罩体；441、第二通孔；45、平面镜；46、翅片。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，本实施例提供一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统，包括设置于光学平台上的激光器1、二倍频晶体2、三倍频晶体3、波长分离镜4、谐振腔5、合束片6和五倍频晶体7。
所述激光器为YAG激光器，射出1064nm激光形成第一光路，所述第一光路上依次设置有二倍频晶体2、三倍频晶体3、波长分离镜4、谐振腔5。所述二倍频晶体2为LBO晶体，由其非线性效应，产生由532nm激光和部分1064nm激光组成的复合光；同理，所述三倍频晶体3亦为LBO晶体，由其非线性效应，产生由355nm激光、532nm激光和少量1064nm激光组成的复合光；所述波长分离镜4分离出一路532nm激光及少量1064nm激光组成的复合光形成第二光路，第一光路上仅保留355nm激光；355nm激光进入谐振腔5中参与振荡，输出所需的240nm～300nm波段范围内的UV光。
于本实施例中，所述谐振腔5为OPO谐振腔，由Porro棱镜、波长分离镜片、BBO晶体、OPO输出镜等机构组成。实现对355nm光的振荡、转化，进而输出所需波长的UV光。其中，根据BBO晶体的非线性光学特性，可通过对谐振腔内BBO晶体的相位角调节，使谐振腔输出UV光的波长符合实际需求。
同时，谐振腔5返回一部分355nm激光形成第三光路；所述合束片6设置于第二光路与第三光路的相交处，合成一路包含355nm激光和532nm激光的复合光形成第四光路，所述五倍频晶体7设置于第四光路上；所述五倍频晶体7为BBO晶体，由晶体的和频效应产生一束213nm激光，完成满足二噁英检测要求的另一路213nm激光的输出。
于本实施例的第二光路中，少量的1064nm激光是系统所不需要的，本方案选择将其滤除。由此，所述第一光路上还设置有滤光片31，所述滤光片31设置于三倍频晶体3和波长分离镜4之间，将1064nm激光滤除。
同时为了控制该双光束激光系统的整体光程，在各处安装有反射镜，分别为激光器1与二倍频晶体2之间的第一1064nm反射镜101和第二1064nm反射镜102；波长分离镜4和谐振腔5之间的第一355nm反射镜103；第一355nm反射镜103和合束片6之间的第二355nm反射镜104；波长分离镜4和合束片6之间的532nm反射镜105；以及五倍频晶体7之后的第一213nm反射镜72和第二213nm反射镜73。
为了实现UV光在240nm～300nm波段范围内的调谐功能，本实施例在所述谐振腔处设置有控制所述BBO晶体相位角转动的调谐装置8。根据BBO晶体的非线性光学特性，其输出波长会随着BBO晶体的相位角转动而发生相应的变化。
具体的，请参照图2和图3：
所述调谐装置8包括恒温罩21、铰接杆22、凸轮23、调节杆24和复位机构25。所述恒温罩21罩设于谐振腔5内的BBO晶体51之外，为BBO晶体51提供恒温环境。所述铰接杆22设置于恒温罩21上，恒温罩21可绕铰接杆22所在直线转动。所述调节杆24的第一端固定连接于恒温罩21上，第二端与凸轮23相抵接，凸轮23的转动带动恒温罩21绕铰接杆22转动，从而实现BBO晶体51的相位角调节，从而实现谐振腔5输出的UV光在240nm～300nm波段范围内的调谐。所述复位机构25设置于恒温罩21下方，为恒温罩21提供压向凸轮23的压力，实现恒温罩21角度的复位调节。值得一提的是，所述凸轮23由机械马达27驱动转动。
请参照图2至图4，为了实现调谐装置8上各部件的安装，还包括固定架26，所述铰接杆22固定于固定架26的竖直部，恒温罩21上对应铰接杆22的位置开设有用于铰接杆22穿入的铰接孔211，实现了恒温罩21绕铰接杆22转动的功能。所述复位机构25为弹簧，设置于固定架26的底部与恒温罩21的底部之间，为恒温罩21提供向上的压力，使其调节杆24时刻与凸轮23紧密接触。
请参照图4和图5，所述恒温罩包括底板41、加热层42、温度传感器43、罩体44和平面镜45。
所述加热层42环绕在底板41的周侧形成用于放置BBO晶体51的容纳腔。加热层42为温度可控的电热板，可用于对容纳腔内的二倍频晶体2进行加热。
所述温度传感器43设置于BBO晶体51上，检测BBO晶体51的实时温度；在温度传感器43检测到BBO晶体51的温度降低时，则提高加热层42的功率，反之，则降低加热层42的功率或停止加热层42工作，从而起到保持BBO晶体51温度恒定的效果，保证激光的性能参数。
所述罩体44罩射在加热层42的外侧，将加热层42、BBO晶体51与外界隔离，使BBO晶体51处于相对稳定的恒温恒湿的内部环境中。于本实施例，为了增强密封性，所述底板41沿水平向外延伸形成折边411，罩体44的下沿与折边411相贴合。值得一提的是，所述底板41和罩体44采用绝热材料制成，尽可能避免与外接的热交换。
为了便于激光通过，所述加热层42两侧的相对位置上设置有第一通孔421，所述罩体44两侧的相对位置上设置有第二通孔441，所述第一通孔421与第二通孔441在同一直线上，形成用于激光通过的通道，值得一提的是，所述BBO晶体51处于该直线上。同时，所述平面镜45安装于第二通孔441内，起到了密封效果。
还包括翅片46，所述翅片46均匀设置于加热层42内侧除第一通孔421以外的位置上。本实施例中，加热层42的厚度较小，导热系数较大，保证加热层与翅片之间无热量损失，翅片46的分布均匀且温度也相同，以实现对BBO晶体51均匀加热。
实施例二：
本实施例提供一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统的方法，包括以下步骤：
S1，打开激光器，谐振腔输出UV光，五倍频晶体输出213nm激光；
S2，控制凸轮转动，使得与凸轮相抵接的调节杆向上或向下摆动；同时，复位机构持续性为恒温罩提供压向凸轮的压力，使晶体保持平衡；
S3，BBO晶体绕铰接杆转动，使得BBO晶体的相位角发生改变；
S4，谐振腔输出的UV光在240nm～300nm波段范围内调谐。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (9)

1.一种波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，包括激光器、二倍频晶体、三倍频晶体、波长分离镜、谐振腔、合束片和五倍频晶体；所述激光器射出1064nm激光形成第一光路，所述第一光路上依次设置有二倍频晶体、三倍频晶体、波长分离镜、谐振腔，所述波长分离镜分离出一路532nm激光形成第二光路，谐振腔返回一路355nm激光形成第三光路；所述合束片设置于第二光路与第三光路的相交处，合成一路包含355nm激光和532nm激光的复合光形成第四光路，所述五倍频晶体设置于第四光路上；所述谐振腔内设置有BBO晶体及控制所述BBO晶体相位角转动的调谐装置；
所述调谐装置包括恒温罩、铰接杆、凸轮、调节杆和复位机构；所述恒温罩罩设于主光路上的晶体之外，为晶体提供恒温环境；所述铰接杆设置于恒温罩上；所述调节杆的第一端固定连接于恒温罩上，第二端与凸轮相抵接，凸轮的转动带动恒温罩绕铰接杆转动；所述复位机构设置于恒温罩下方，为恒温罩提供压向凸轮的压力。
2.根据权利要求1所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，所述调谐装置还包括固定架，所述铰接杆固定于固定架上，所述复位机构设置于固定架与恒温罩之间。
3.根据权利要求1或2所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，所述复位机构为弹簧。
4.根据权利要求1所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，所述恒温罩包括底板、加热层、温度传感器、罩体和平面镜；所述加热层环绕在底板的周侧形成用于放置BBO晶体的容纳腔；所述温度传感器设置于BBO晶体上，检测BBO晶体的实时温度；所述罩体罩射在加热层外侧；所述加热层两侧的相对位置上设置有第一通孔，所述罩体两侧的相对位置上设置有第二通孔，所述第一通孔与第二通孔在同一直线上，所述平面镜密封安装于第二通孔内。
5.根据权利要求4所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，还包括翅片，所述翅片均匀设置于加热层内侧除第一通孔以外的位置上。
6.根据权利要求4所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，所述底板沿水平向外延伸形成折边。
7.根据权利要求4所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统，其特征在于，所述底板和罩体采用绝热材料制成。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，打开激光器，谐振腔输出UV光，五倍频晶体输出213nm激光；
S2，控制凸轮转动，使得与凸轮相抵接的调节杆向上或向下摆动；
S3，BBO晶体绕铰接杆转动，使得BBO晶体的相位角发生改变；
S4，谐振腔输出的UV光在240nm～300nm波段范围内调谐。
9.根据权利要求8所述的波长可调谐的深紫外双光束激光系统的方法，其特征在于，所述S2中，复位机构时刻为恒温罩提供压向凸轮的压力。
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Denomination of invention: A wavelength tunable deep ultraviolet dual beam laser system and its method

Effective date of registration: 20230307

Granted publication date: 20210720

Pledgee: Hangzhou Fuyang sub branch of China Everbright Bank Co.,Ltd.

Pledgor: ZHEJIANG FUCHUNJIANG ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY RESEARCH Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980033953