[实用新型]一种具有功率自动稳定功能的双探头脉冲固体激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光诊断和测量技术领域，更具体的说是涉及到，激光诱导击穿光谱技术（LIBS）实现固体物料成分在线检测所用的能够长期运行的激光器系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术（Laser-InducedBreakdownSpectroscopy，简称LIBS），是近年逐步发展起来的一种潜在的工业过程在线测量技术，被尝试应用于各种工业过程的质量控制或状态诊断。该技术是采用脉冲激光作为发射光谱分析的诱发工具，因此激光器作为激发光源其本身的发展很大程度上决定了LIBS技术在实际过程的应用。对于工业过程的在线检测，要求能实时反映被测对象的基本特征，同时像火力发电厂、水泥厂等工业过程，现场环境恶劣，有粉尘和振动的影响，同时还需易于维护，因此对激光器本身的性能及整个系统长时间使用提出了更高的要求。LIBS技术常用的是Nd：YAG固体激光器，其激活物质晶体使用氙灯作为泵浦灯管，少数固定的光谱峰被Nd离子吸收，大部分被吸收的光谱能量转化成热能，需要利用冷却水将其热量带走，同时泵浦灯的使用次数有限，因此对整个系统的长时间使用提出了更高的要求。目前市场上常用的激光器有北京镭宝光电有限公司、法国Quantel激光公司、Litron激光公司等，然而其提供的激光器只适合于实验室工作环境（温度20℃，湿度30%-70%），且随着运行时间的增加，激光冷却水系统的水温会升高，出现激光能量衰减的问题，最多只能保证连续工作（4-8）小时，难以适应工业现场环境中使用时长期稳定可靠的要求。

实用新型内容

针对市场上现有的Nd:YAG激光器不能满足LIBS技术在工业现场的连续稳定可靠运行的情况，本实用新型提供了一种具有功率自动稳定功能的双探头脉冲固体激光器，整个激光器系统采用模块化设计，保证易维护、易更换，可靠性高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有功率自动稳定功能的双探头脉冲固体激光器，包括激光器探头端部、合束器、聚焦镜片、控制系统、冷却装置，所述激光器探头端部内平行设置有由第一激光探头电源供电的第一激光探头和由第二激光探头电源供电的第二激光探头、两块对称设置的45°分光镜、设有光耦合器的光纤、激光功率计；所述合束器设置在包括激光器探头端部的出光端，包括两块对称设置的45°反射镜和设置在两块对称设置的45°反射镜之间的、由步进电机驱动的旋转镜片，所述第一激光探头、第二激光探头发出的激光分别传输至两块45°分光镜，一部分光透过45°分光镜，另一部分光由45°分光镜反射至光纤耦合器后经光纤传输至激光功率计进行激光能量的实时监测，透过45°分光镜的光经45°反射镜反射后由旋转镜片反射至合束器中心出口输出，经聚焦镜片聚焦后与样品作用产生等离子体；所述冷却装置为恒温水冷系统，用于对激光探头进行恒温冷却；所述控制系统与激光功率计、第一激光探头电源、第二激光探头电源、冷却装置、步进电机电路连接，用于控制冷却装置的冷却水温度、步进电机的旋转角度、设定激光探头的工作模式以及根据激光功率计实时监测的激光输出能量自适应调整激光输出能量使其位于设定范围值内。

进一步地，所述的冷却装置包括恒温制冷机，用于保证激光器冷却水的进出口水温恒定，避免冷却水温度的变化对激光出光稳定性的影响。

进一步地，所述设定激光探头的工作模式具体为:设定第一激光探头或者第二激光探头的单独工作，或设定第一激光探头和第二激光探头按预定时间间隔轮换工作。

进一步地，所述45°分光镜表面镀制用于实现对输出激光进行透射和反射分光的分光膜，透过光和反射光的比例为99:1，保证99%的激光能够透过该45°分光镜传输至合束器中的45°反射镜用于测量，剩余1%的激光可经该45°分光镜反射，并由光纤接收传输至激光功率计用于激光能量的实时监测，根据反射与透射的比例，得到激光输出的能量大小的实时测量结果，并传输至控制系统。

进一步地，所述根据激光功率计实时监测的激光输出能量自适应调整激光输出能量使其位于设定范围值内具备为：控制系统获取激光功率计实时监测的激光输出能量，并将测量得到的激光输出能量的统计平均值与设定值进行比较，当偏差超过一定范围时，向激光器系统发出指令，调整加载在激光探头内部氙灯两端的加载电压，调整激光输出能量的统计平均值在设定范围之内，减小激光能量波动对光谱测量的影响。