一种用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置制造方法及图纸

技术编号：40453847 阅读：13 留言：0更新日期：2024-02-22 23:11

本发明专利技术涉及飞行时间质谱仪技术领域，特别涉及一种用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，包括：激光器(1)和能量调节及聚焦系统(2)；其中，所述激光器(1)包括：光泵浦源(12)、透镜组(13)、激光增益介质(14)和固定及调节结构；其中，所述固定及调节结构，用于准直装配所述光泵浦源(12)、透镜组(13)、激光增益介质(14)以及能量调节及聚焦系统(2)；用于基于透镜组(13)的焦距，调节透镜组(13)与激光增益介质(14)之间的距离，还用于控制所述光泵浦源(12)和激光增益介质(14)的温度。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞行时间质谱仪，特别涉及一种用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置。

技术介绍

1、飞行时间质谱仪(time of flight，tof)是一种用于分析物质中的离子种类和含量的仪器，它通过测量不同离子的飞行时间来确定它们的质量。轻小型tof质谱仪具有质量轻、体积小、测量能力强等优势，理论上能够实现测量元素周期表中的每一种元素，即实现从h-u全元素测量，并且检测限可以达到ppb(part per billion，十亿分之一)级别，质量分辨率达到1000以上，可以分辨元素的同位素，这些功能使得tof在开展行星形成及其演化过程的研究中发挥关键作用，使其在深空探测中具有重要的应用前景和优势。

2、轻小型tof质谱仪需要用激发光源来烧蚀样品，将样品中的分子或原子转化为离子，要求激发光源的能量密度必须达到1gw/cm-2以上，为了从紧凑型固体激光器产生如此高的辐照强度，需要短脉冲q开关系统，这也有利于与tof质量分析仪耦合。常规的固体激光器通常采用较大的激光介质，并需要复杂的外部支持结构和冷却系统，体积庞大，能耗较高，不能满足深空探测的资源约束需要。

3、具有冷却系统的激发光源装置在轻小型tof质谱仪中尤其重要。光泵浦源和激光增益介质在工作时会产生热量，其对温度变化又十分敏感，温度每波动1℃，激光波长大约会有0.2-0.3nm的变化；温度每升高30℃，激光器使用寿命就会下降一个数量级。因此，为满足深空探测的需要，亟需设计一种用于轻小型tof质谱仪的具备良好降温功能且体积小重量轻的激发光源装置。</p>

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于，克服现有的用于轻小型飞行时间质谱仪的激光器结构复杂、体积庞大和能效较高，而导致的无法满足深空探测资源约束的问题，从而提供一种用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置。

2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案所提供的用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置，包括：激光器1和能量调节及聚焦系统2；其中，所述激光器1包括：光泵浦源12、透镜组13、激光增益介质14和固定及调节结构；其中，

3、所述光泵浦源12，用于调制激光并输出；

4、所述透镜组13，用于接收所述光泵浦源12输出的激光，并对其进行光束控制和光学调焦处理；

5、所述激光增益介质14，用于接收并放大经所述透镜组13处理后的激光，使激光通过时累积信号的增益，成为更高功率的激光，将所述更高功率的激光作为激光器1的输出激光；

6、所述能量调节及聚焦系统2，用于调节所述激光器1的输出激光的焦距和焦斑尺寸，用于连续调节所述激光器1的输出激光的功率，还用于将调节后的激光输出至tof质谱仪的待测目标；

7、所述固定及调节结构，用于准直装配所述光泵浦源12、透镜组13、激光增益介质14以及能量调节及聚焦系统2；用于基于透镜组13的焦距，调节透镜组13与激光增益介质14之间的距离，还用于控制所述光泵浦源12和激光增益介质14的温度。

8、作为上述装置的一种改进，所述固定及调节结构包括：

9、外壳11，所述外壳11为中空结构，其底部设置有凹槽；

10、半导体制冷器18，所述半导体制冷器18置于所述凹槽内，且其高度大于所述凹槽高度；

11、激光组件调节座17，所述激光组件调节座17固定连接至所述外壳11，其下表面与所述半导体制冷器18的上表面贴合；

12、透镜卡座15，所述透镜卡座15可移动地连接至所述激光组件调节座17并与所述激光组件调节座17的上表面贴合，用于安装所述透镜组13；

13、压扣16，所述压扣16可选择地连接至所述激光组件调节座17，用于将所述激光增益介质14夹紧至所述激光组件调节座17；和

14、热敏电阻19，所述热敏电阻19置于所述激光组件调节座17内部，用于监测所述激光组件调节座17的温度，还用于根据温度的反馈值调整所述半导体制冷器18的工作温度；所述光泵浦源12安装至所述激光组件调节座17并与所述激光组件调节座17的上表面贴合；

15、所述能量调节及聚焦系统2安装至外壳11。

16、作为上述装置的一种改进，所述外壳11、半导体制冷器18和激光组件调节座17的投影形状均为矩形；其中，

17、所述激光组件调节座17覆盖所述半导体制冷器18；

18、所述激光组件调节座17通过分别连接至其四个外角附近的四个支耳171安装至所述外壳11内部，其中，所述支耳171与所述半导体制冷器18不接触，以减少所述激光组件调节座17与所述外壳11之间的热传导。

19、作为上述装置的一种改进，所述激光组件调节座17在所述透镜卡座15两端对应位置均设置有第一凸台173，在两个所述第一凸台173中间设置有第一凸台通槽174，用于减少所述透镜卡座15与所述激光组件调节座17的接触面积，以减小所述激光组件调节座17的散热功耗。

20、作为上述装置的一种改进，所述激光组件调节座17在所述压扣16对应位置设置有第二凸台172，用于放置所述激光增益介质14；其中，

21、所述第二凸台172为梯形凸台，用于增大所述激光增益介质14与所述激光组件调节座17的接触面积，以提高两者之间的热传导；

22、所述压扣16的形状与所述第二凸台172对称，用于将所述激光增益介质14夹紧至所述第二凸台172，并与所述第二凸台172共同包覆所述激光增益介质14的非工作面。

23、作为上述装置的一种改进，所述第二凸台172与所述激光增益介质14之间还设置有金属铟箔，以增加所述激光增益介质14与所述激光组件调节座17之间的导热效率。

24、作为上述装置的一种改进，所述透镜卡座15设置有透镜口153，用于安装所述透镜组13；

25、所述透镜卡座15的两端在垂直于所述激光组件调节座17的方向上分别设置有长条形的透镜卡座第一通槽151和透镜卡座第二通槽152；所述透镜卡座第一通槽151和透镜卡座第二通槽152均平行于所述透镜组13和激光增益介质14之间的准直光路；

26、所述透镜卡座15通过透镜卡座第一通槽151和透镜卡座第二通槽152可移动地连接至所述激光组件调节座17，以调节所述透镜组13与激光增益介质14之间的距离。

27、作为上述装置的一种改进，所述能量调节及聚焦系统2包括：

28、功率调节器21，用于连续调节所述激光器1的输出激光的功率；和

29、聚焦组件22，所述聚焦组件22用于调节所述激光器1的输出激光的焦距和焦斑尺寸；所述聚焦组件22设置有狭槽223，用于放置所述功率调节器21，以调节所述功率调节器21的角度；

30、所述外壳11设置有：

31、第一开口181，用于安装所述聚焦组件22，使所述聚焦组件22与所述激光增益介质14准直装配；

32、第二开口，用于连接上位机。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述激发光源装置包括：激光器(1)和能量调节及聚焦系统(2)；其中，所述激光器(1)包括：光泵浦源(12)、透镜组(13)、激光增益介质(14)和固定及调节结构；其中，

2.根据权利要求1所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述固定及调节结构包括：

3.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述外壳(11)、半导体制冷器(18)和激光组件调节座(17)的投影形状均为矩形；其中，

4.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述激光组件调节座(17)在所述透镜卡座(15)两端对应位置均设置有第一凸台(173)，在两个所述第一凸台(173)中间设置有第一凸台通槽(174)，用于减少所述透镜卡座(15)与所述激光组件调节座(17)的接触面积，以减小所述激光组件调节座(17)的散热功耗。

5.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特

6.根据权利要求5所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述第二凸台(172)与所述激光增益介质(14)之间还设置有金属铟箔，以增加所述激光增益介质(14)与所述激光组件调节座(17)之间的导热效率。

7.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述透镜卡座(15)设置有透镜口(153)，用于安装所述透镜组(13)；

8.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述能量调节及聚焦系统(2)包括：

9.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，

10.根据权利要求2所述的用于轻小型TOF质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述功率调节器(21)包括：半波片与偏振晶体的组合或滤光片；

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【技术特征摘要】

1.一种用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述激发光源装置包括：激光器(1)和能量调节及聚焦系统(2)；其中，所述激光器(1)包括：光泵浦源(12)、透镜组(13)、激光增益介质(14)和固定及调节结构；其中，

2.根据权利要求1所述的用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述固定及调节结构包括：

3.根据权利要求2所述的用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述外壳(11)、半导体制冷器(18)和激光组件调节座(17)的投影形状均为矩形；其中，

4.根据权利要求2所述的用于轻小型tof质谱仪的微型微焦点激发光源装置，其特征在于，所述激光组件调节座(17)在所述透镜卡座(15)两端对应位置均设置有第一凸台(173)，在两个所述第一凸台(173)中间设置有第一凸台通槽(174)，用于减少所述透镜卡座(15)与所述激光组件调节座(17)的接触面积，以减小所述激光组件调节座(17)的散热功耗。

5.根据权利要求2所述的用于轻小型tof质谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文博，李保权，曹阳，桑鹏，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：

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