阵列样品激光加热系统技术方案

本发明专利技术所提供的阵列样品激光加热系统包括：输出激光以提供加热能量的激光光源单元，其具备并列或阵列排布的多个激光器；设于所述激光光源单元下游以改变激光光斑尺寸的激光束斑调节单元；用于放置阵列样品的样品台；用于对待加热阵列样品的激光加热温度测温并反馈加热效果的温度测量单元；用于记录实验结果的图像记录单元；与所述激光光源单元、温度测量单元、和图像记录单元等相连接的总控单元。本发明专利技术能够实现多光束并行、束斑可调的激光加热，用于对材料基因工程所需的材料阵列样品的快速定向加热。

Array Sample Laser Heating System

The laser heating system for array sample provided by the invention includes: a laser source unit that outputs laser to provide heating energy, which has multiple lasers arranged side by side or array; a laser spot adjustment unit located downstream of the laser source unit to change the size of laser spot; a sample platform for placing array sample; and a laser heating temperature for treating heated array sample. A temperature measuring unit for measuring temperature and feedback heating effect; an image recording unit for recording experimental results; and a general control unit connected with the laser source unit, a temperature measuring unit, and an image recording unit. The invention can realize laser heating with multi-beam parallel and adjustable beam spot, and can be used for rapid directional heating of material array samples required for material genetic engineering.

【技术实现步骤摘要】
阵列样品激光加热系统
本专利技术涉及材料热处理
，特别是涉及一种阵列样品激光加热系统。
技术介绍
快速实验方法是材料基因工程的三大核心之一，而材料样品库（Materiallibrary）制备与表征技术是快速实验方法的典型代表，可快速获取样品成分筛选/性能优化的数据，达到研发时间减半和成本减半的目标，并为材料信息学及人工智能挖掘新材料提供实验数据基础。在材料样品库制备技术中，多通道并行合成阵列样品库是一个重要分支，可以实现多样品的快速制备，且样品阵列中每一个独立样品的空间尺度及体量足以满足现有结构表征和性能测试技术对样品的要求，由此建立材料成分-工艺-结构-性能之间的关联规律。高温热处理是材料制备的必备环节，尤其是对金属以及陶瓷等无机非金属材料，可实现原料的化学反应、结晶成相、熔化铸锭等。然而，针对材料基因工程所需的阵列样品库的快速热处理技术仍是空白。激光加热技术以其快速、定向、可聚焦等加热特点，应该成为对阵列样品库加热处理可以奏效的技术之一。但是，目前已经发展的一些激光加热技术或适用于单束激光对微小薄膜样品的逐点加热（专利文献1），或适用于多光束激光低温热刻蚀制备微位相差膜（专利文献2），或适用于激光焊接并检测焊点过烧情况（专利文献3）。显然，这些现有技术对阵列样品库的快速高温热处理均不适用。因此，需要发展针对阵列样品库的并行快速高温热处理技术及装备，以满足材料基因工程对快速实验技术的迫切需求。现有技术专利文献1：中国专利公开CN106992131A；专利文献2：中国专利公开CN101498805A；专利文献3：中国专利公开CN101107501A。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种阵列样品激光加热系统，能够实现多光束并行、束斑可调的激光加热，用于对材料基因工程所需的材料阵列样品的快速定向加热。为解决上述技术问题，本专利技术所提供的阵列样品激光加热系统包括：输出激光以提供加热能量的激光光源单元，其具备并列或阵列排布的多个激光器；设于所述激光光源单元下游以改变激光光斑尺寸的激光束斑调节单元；用于放置阵列样品的样品台；用于对待加热阵列样品的激光加热温度测温并反馈加热效果的温度测量单元；用于记录实验结果的图像记录单元；与所述激光光源单元、温度测量单元、和图像记录单元等相连接的总控单元。根据本专利技术，可实现多光束并行及束斑可调，可用于材料基因工程中阵列样品的快速定向加热，实现样品的原位化学反应、结晶、熔化等，通过激光能量馈入和时效改变，获得优化的样品加热处理效果。又，本专利技术中，所述激光束斑调节单元包括与所述多个激光器分别对应的多个扩束镜，光斑的扩束范围可为激光原始光斑尺寸的2～8倍。根据本专利技术，可有效地改变输出光斑的尺寸以匹配被加热样品的受热面积，也可改变不同激光功率密度对材料加热的影响。也就是说，可改变激光的束斑尺寸，对不同尺寸的样品进行定向加热。又，本专利技术中，还包括将激光导向所需加热位点的激光光路调节单元。根据本专利技术，可有效地使激光导向所需加热位点，实现定向加热。又，本专利技术中，还包括载置所述样品台并使阵列样品与激光束定向加热位点位置匹配运动的样品台移动单元，所述样品台移动单元为X-Y二维移动单元且其移动由移动台控制器控制，并与所述总控单元相连。根据本专利技术，可以精确控制激光束对移动到束斑范围内的每一个样品的准直和有效加热。当一个或一组样品加热完成后，样品台移动单元可将样品台移动到新的位置，激光束可对新的样品进行加热，从而可以实现在程序控制下对样品台上的每个样品进行自动遍历加热。又，本专利技术中，还包括容纳所述样品台的密封及除气单元，所述密封及除气单元与所述总控单元相连；所述密封及除气单元包括密封舱和与所述密封舱内连通的除气通道，所述密封舱的顶部视窗由激光可透射材料制成。根据本专利技术，样品台置于密封舱内，可使激光穿透顶部视窗对样品台上的阵列样品实施加热；加热过程中生成的气体产物能通过除气通道排出密封舱，不对阵列样品的加热产生影响。由此，可保持阵列样品不受污染并释放加热过程中生成的气相物质。又，本专利技术中，所述激光器为连续激光器，其能量调节范围为0.1W~150W。根据本专利技术，选择连续激光器，而非脉冲激光器，可以保持快速加热升温过程平稳。又，本专利技术中，所述激光光路调节单元包括设于所述激光束斑调节单元下游的反射镜。根据本专利技术，可通过反射镜将激光垂直导向加热位点，达到激光功率利用的最大化。又，本专利技术中，所述温度测量单元包括高温辐射型温度装置，优选为非接触式的红外温度测量装置。根据本专利技术，可精确测温和反馈加热效果，监测温度范围可为500～3000℃。又，本专利技术中，所述样品台移动单元由伺服电机或步进电机驱动。根据本专利技术，可有效地驱动样品台移动单元，移动距离可根据需求设定，用于材料阵列样品与激光束定向加热位点位置匹配运动及定位。又，本专利技术中，待测样品以阵列样品形式制备或装配在基板上，所述基板上阵列样品中每个样品的间隔距离与多个激光光束的间距相匹配。根据本专利技术，可以实现每个样品的中心位置与激光束斑中心位置的准直对应，达到“点”对“点”的精确加热效果，同时，也可实现多束激光对多个样品同时加热，大幅度提升加热效率。根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本专利技术的上述内容及其目的、特征和优点。附图说明图1示出了本专利技术一实施形态的阵列样品激光加热系统的结构示意图；图2示出了图1所示系统中的样品密封舱及密封舱视窗的结构示意图；图3示出了图1所示系统中的样品台及其移动单元的结构示意图；图4示出了图1所示系统中的激光器及扩束镜和反射镜三者组合的结构示意图；图5示出了采用图1的激光加热系统进行加热的实验结果，以{5×5}阵列黄色荧光粉样品库加热效果为例；图6示出了采用图1的激光加热系统进行加热的另一实验结果，以陶瓷样品加热红外成像记录为例；附图标记：101-激光器；102-扩束镜；103-反射镜；104-激光光路；105-温度计；106-相机；107-移动台；108-移动台控制器；109-主控电脑；110-数据采集和控制器；111-样品台；112-样品密封舱；113-密封舱视窗。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下结合附图及具体实施例，对本专利技术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用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为满足材料基因工程对阵列材料样品库快速加热高温处理的技术需求，并发展具有普遍适应性的并行激光加热技术与装备，本专利技术公开了一种阵列样品激光加热系统，包括：输出激光以提供加热能量的激光光源单元，其具备并列或阵列排布的多个激光器；设于所述激光光源单元下游以改变激光光斑尺寸的激光束斑调节单元；用于放置阵列样品的样品台；用于对待加热阵列样品的激光加热温度测温并反馈加热效果的温度测量单元；用于记录激光加热实验结果的图像记录单元；与所述激光光源单元、温度测量单元、和图像记录单元等相连接的总控单元。本专利技术的阵列样品激光加热系统具有多光束并行及束斑可调的特点，可用于阵列样品的快速定向加热，实现样品的原位化学反应、结晶、熔化等，通过激光能量馈入及时效改变，获得优化的样品加热处理效果。所述的阵列样品库可以是包含了有序排列的{A×B}个独立样品，可以是金属或无机非金属的粉体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列样品激光加热系统，其特征在于，包括：输出激光以提供加热能量的激光光源单元，其具备并列或阵列排布的多个激光器；设于所述激光光源单元下游以改变激光光斑尺寸的激光束斑调节单元；用于放置阵列样品的样品台；用于对待加热阵列样品的激光加热温度测温并反馈加热效果的温度测量单元；用于记录实验结果的图像记录单元；与所述激光光源单元、温度测量单元和图像记录单元相连接的总控单元。

【技术特征摘要】
1.一种阵列样品激光加热系统，其特征在于，包括：输出激光以提供加热能量的激光光源单元，其具备并列或阵列排布的多个激光器；设于所述激光光源单元下游以改变激光光斑尺寸的激光束斑调节单元；用于放置阵列样品的样品台；用于对待加热阵列样品的激光加热温度测温并反馈加热效果的温度测量单元；用于记录实验结果的图像记录单元；与所述激光光源单元、温度测量单元和图像记录单元相连接的总控单元。2.根据权利要求1所述的激光加热系统，其特征在于，所述激光束斑调节单元包括与所述多个激光器分别对应的多个扩束镜，光斑的扩束范围为激光原始光斑尺寸的2～8倍。3.根据权利要求1所述的激光加热系统，其特征在于，还包括将激光导向所需加热位点的激光光路调节单元。4.根据权利要求1所述的激光加热系统，其特征在于，还包括载置所述样品台并使阵列样品与激光束定向加热位点位置匹配运动的样品台移动单元，所述样品台移动单元为X-Y二维移动单元且其移动由移动台控制器控制，并与所述总控单元相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘茜，余野建定，汪超越，李勤，徐小科，周真真，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31