[实用新型]一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置。

背景技术

随着现代科技的发展，对实验和生产的环境要求越来越高，因此，微污染物传感技术有着广泛的应用需求。对于高功率激光装置来说，如美国“NIF（National Ignition Facility Project）”激光装置，主要光学部件的光通量负载能力应达到14J/cm²。研究结果表明，光学元件表面污染都会导致表面损伤阈值的降低。因此美国对光学元件的制造、清洗、安装以及材料进行了严格的规定，保证激光装置在制造、安装过程中尽可能减少残留污染物，在使用过程中尽可能减少产生污染物。

但是，前期的洁净控制还远远不够，在系统中依然存在有机污染。主要是由于高功率激光装置均为巨大而复杂的真空系统，需要大量的润滑剂、沾合剂、高分子材料、垫圈等等，在低真空情况下，这些材料会产生挥发形成分子态污染物，而在激光器工作情况下会产生高能杂散光，在强光的照射下会加剧这些材料的挥发。这些污染物将沉积在光学器件表面形成薄膜（严重时甚至汇聚成颗粒污染物），一方面会影响光束质量，另一方面会吸收激光能量产生微爆炸，在光学器件表面形成微损伤，这种损伤的积累最终导致光学元件损伤阈值的下降，并进一步导致光学元件的损坏。

为保证高功率激光系统的持续稳定工作，必须对激光装置中大分子有机污染物进行实时在线监测。

目前有机污染物的测量方法主要有以下几种方式：

（1）光散射法。该方法已有成型的颗粒计数器，主要通过监测散射光即可反推出粒子的大小，该方法只能研究空气中漂浮的颗粒，不合适在高真空度的环境中使用，复杂的结构容易引入二次污染，所以不适合高功率激光系统对微污染物的要求，最小可探测颗粒为0.1μm。

（2）石英晶体微平衡法。该方法是一种谐振式测量仪器，主要用来进行微质量的测量精度可以达到纳克量级，成本低廉，在生物医药、化学、环境监测、航空航空等领域有着广泛的应用。该方法由于是体谐振式传感，其谐振频率最高为20MHz，受限于谐振频率，理论探测极限为纳克量级。

（3）声表面波。声表面波泛指沿表面或者界面传播的各种模式的波，不同的边界条件和传播介质可以激发出不同模式的声表面波。不同的应用条件使用不同的激发波。该方法谐振频率为百MHz量级，可以得到比石英晶体微平衡法更高的灵敏度，但该方法的表面积大（几个平平方毫米）且对光刻技术要求高，限制其发展。

（4）薄膜体声波谐振法。该方法谐振频率可以达到GHz量级，质量灵敏度比QCM方法高3个量级，但是该方法只适合质量均匀分布的情况，且传感面积较小。

       微纳光纤具有强约束能力、大倏逝场、强色散特性、便于集成且与普通光纤易于连接等优点，特别适合在传感领域应用。

发明内容

为克服已有技术中激光装置油脂污染物监测中的精度低、真空监测环境、引入二次污染的不足，本实用新型提供一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置，本实用新型的另一目的是提供一种高功率激光器中的油脂污染物监测方法，能够准确有效监测油脂类污染物。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的高功率激光器中的油脂污染物监测装置，其特点是，所述的监测装置包括激光发生装置、2×2耦合器Ⅰ、2×2耦合器Ⅱ、1×4耦合器Ⅰ、1×4耦合器Ⅱ、4×1合束器Ⅰ、4×1合束器Ⅱ、2×1合束器、镀膜微纳光纤阵列、信号光探测器、参考光探测器、放大器、差分器、AD转换器、锁相调制器、微型计算机，其中激光发生装置含有窄线宽激光器、光纤隔离器；所述的窄线宽激光器的输出端通过光纤连接至光纤隔离器后，连接2×2耦合器Ⅰ的第一端口，2×2耦合器Ⅰ第三端口通过光纤与2×2耦合器Ⅱ第一端口连接，2×2耦合器Ⅰ的第四端口通过光纤与参考光探测器连接；2×2耦合器Ⅱ通过光纤与1×4耦合器Ⅰ、1×4耦合器Ⅱ分别连接；1×4耦合器Ⅰ、1×4耦合器Ⅱ通过镀膜微纳光纤阵列分别与4×1合束器Ⅰ、4×1合束器Ⅱ连接；4×1合束器Ⅰ、4×1合束器Ⅱ分别连接到2×1合束器；2×1合束器通过光纤连接到信号光探测器；信号光探测器(8)依次与放大器(9)、差分器(10)、AD转换器(11)、锁相调制器(12) 、微型计算机(13)连接。

所述的窄线宽激光器与锁相调制器电连接，用于锁相调制器输出电信号与激光发生装置的输入电信号同步。

所述的镀膜微纳光纤阵列，由相同直径的镀膜微纳光纤组成。

所述的镀膜微纳光纤的直径为1～4μm，镀膜的厚度为100nm。