本发明专利技术提供了一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置及其监测方法，所述装置中的激光发生装置通过2×2耦合器Ⅰ，将所发生的激光分成两路，一路作为信号光依次输入至2×2耦合器、1×4耦合器、镀膜微纳光纤阵列、4×1合束器、2×1合束器、信号光探测器，另一路作为参考光输入至用于检测参考光强度的参考光探测器。信号光探测器依次与放大器、差分器、AD转换器、锁相调制器、微型计算机电连接。本发明专利技术的监测装置及监测方法通过微纳光纤镀膜材料折射率改变，影响其表面倏逝波的传输特性。本发明专利技术精度较高、能够用于真空监测环境、二次污染少，能够满足对油脂类污染物监测的特殊要求，能够实现易集成、易扩展、灵敏度高、准分布及实时在线测量。
【技术实现步骤摘要】
一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置
本专利技术涉及一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置及其监测方法。
技术介绍
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（NationalIgnitionFacilityProject）”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。
技术实现思路
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，本专利技术提供一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置，本专利技术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。本专利技术的技术方案是：本专利技术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通过光纤分别连接到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。所述的激光发生装置通过2×2耦合器Ⅰ，将所发生的激光分成两路，所分出一路作为信号光依次输入至2×2耦合器、1×4耦合器、镀膜微纳光纤阵列、4×1合束器、2×1合束器、信号光探测器，另外一路作为参考光输入至用于检测参考光强度的参考光探测器。本专利技术中的放大器、差分器、AD转换器及锁相调制器集成至监测平台中。一种用于高功率激光器中的油脂污染物监测装置的监测方法，依次包括以下步骤：a).将直径为125微米的普通单模光纤SMF-28利用扫描熔融拉锥法拉制成直径为1～4μm的微纳光纤；b).将拉制好的微纳光纤，利用提拉法镀膜，膜层厚度为100nm,并进行封装,得到镀膜微纳光纤阵列；c).将激光发生装置所发生的激光作为信号光连接镀膜微纳光纤阵列；d).镀膜微纳光纤阵列连接用于检测信号光强度的信号光探测器；e).激光发生装置产生激光，所产生的激光通过镀膜微纳光纤阵列传输至信号光探测器，信号光探测器监测结果除以参考光探测器监测结果得出由微纳光纤膜层折射率变化所引起的倏逝波变化而产生光能量减少量；f).根据减少的光能量的多少利用时域有限差分的方法可以得到有机污染物浓度的大小。本专利技术的有益效果是，本专利技术的装置利用微纳光纤大倏逝场特性进行可挥发油脂类污染物的传感，通过微纳光纤镀膜材料折射率改变，影响其表面倏逝波的传输实现传感，本专利技术的监测装置及监测方法精度较高、能够用于真空监测环境、且二次污染较少，能够很好的满足对油脂类污染物监测的特殊要求，同时可以实现易集成、易扩展、灵敏度高、准分布及实时在线测量，从根本上解决测量油脂污染物的难题。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2a为实验前的镀膜微纳光纤结构示意图；图2b为图2a中Ⅰ-Ⅰ局部放大图；图3a为实验后的镀膜微纳光纤结构示意图；图3b为图3a中Ⅱ-Ⅱ局部放大图；图4为本专利技术的自动化操作程序；图中：1.窄线宽激光器2.光纤隔离器3.2×2耦合器Ⅰ23.2×2耦合器Ⅱ4.1×4耦合器Ⅰ24.1×4耦合器Ⅱ5.镀膜微纳光纤阵列6.4×1合束器Ⅰ26.4×1合束器Ⅱ7.2×1合束器8.信号光探测器14.参考光探测器9.放大器10.差分器11.AD转换器12.锁相调制器13.微型计算机15.二氧化硅薄膜16.微纳光纤17.二氧化硅颗粒18.油脂类污染物。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述：实施例1图1为本专利技术的结构示意图，图1中，本专利技术的高功率激光器中的油脂污染物监测装置包括激光发生装置、2×2耦合器Ⅰ3、2×2耦合器Ⅱ23、1×4耦合器Ⅰ4、1×4耦合器Ⅱ24、4×1合束器Ⅰ6、4×1合束器Ⅱ26、2×1合束器7、镀膜微纳光纤阵列5、信号光探测器8、参考光探测器14、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，其中，激光发生装置含有窄线宽激光器1、光纤隔离器2。所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置，其特征在于，所述的监测装置包括激光发生装置、2×2耦合器Ⅰ(3)、2×2耦合器Ⅱ(23)、1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)、4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)、2×1合束器(7)、镀膜微纳光纤阵列(5)、信号光探测器(8)、参考光探测器(14)、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)，其中激光发生装置含有窄线宽激光器(1)、光纤隔离器(2)；所述的窄线宽激光器(1)的输出端通过光纤连接至光纤隔离器(2)后，连接2×2耦合器Ⅰ(3)的第一端口，2×2耦合器Ⅰ(3)第三端口通过光纤与2×2耦合器Ⅱ(23)第一端口连接，2×2耦合器Ⅰ(3)的第四端口通过光纤与参考光探测器（14）连接；2×2耦合器Ⅱ(23)通过光纤与1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)分别连接；1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)通过镀膜微纳光纤阵列(5)分别与4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)连接；4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)通过光纤分别连接到2×1合束器(7)；2×1合束器(7)通过光纤连接到信号光探测器(8)；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。...
【技术特征摘要】
1.一种高功率激光器中的油脂污染物监测装置，其特征在于，所述的监测装置包括激光发生装置、2×2耦合器Ⅰ(3)、2×2耦合器Ⅱ(23)、1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)、4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)、2×1合束器(7)、镀膜微纳光纤阵列(5)、信号光探测器(8)、参考光探测器(14)、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)，其中激光发生装置含有窄线宽激光器(1)、光纤隔离器(2)；所述的窄线宽激光器(1)的输出端通过光纤连接至光纤隔离器(2)后，连接2×2耦合器Ⅰ(3)的第一端口，2×2耦合器Ⅰ(3)第三端口通过光纤与2×2耦合器Ⅱ(23)第一端口连接，2×2耦合器Ⅰ(3)的第四端口通过光纤与参考光探测器（14）连接；2×2耦合器Ⅱ(23)通过光纤与1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)分别连接；1×4耦合器Ⅰ(4)、1×4耦合器Ⅱ(24)通过镀膜微纳光纤阵列(5)分别与4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)连接；4×1合束器Ⅰ(6)、4×1合束器Ⅱ(26)通过光纤分别连接到2×1合束器(7)；2×1合束器(7)通过光纤连接到信号光探测器(8)；信...
【专利技术属性】
技术研发人员：周国瑞，苗心向，吕海兵，袁晓东，周海，王海军，刘昊，陈静，李可欣，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。