專利名稱：防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止在拉曼管窗口產(chǎn)生污染的裝置，尤其是防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置。
背景技術(shù)：
激光由于其強(qiáng)度高、方向性和單色性好的優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛的應(yīng)用。可是，激光器中的激活介質(zhì)輸出的波長是有限的，人們?yōu)榱私鉀Q這一問題，常利用受激拉曼散射效應(yīng)來產(chǎn)生具有和激光類似性質(zhì)的斯特克斯光和反斯特克斯光，以獲得更多波長的激光光源，用于滿足不同場合的需求。以甲烷氣體作為激活介質(zhì)的受激拉曼散射效應(yīng)裝置一般為激光器、設(shè)置于該激光器輸出光路上的聚焦透鏡和充有甲烷氣體的拉曼管。使用時(shí)，激光器輸出的激光經(jīng)聚焦透鏡聚焦后，照射拉曼管中的甲烷氣體，可由拉曼管產(chǎn)生一階斯特克斯光、二階斯特克斯光、三階斯特克斯光和一階反斯特克斯光等。但是，這種裝置因拉曼管中的甲烷氣體在高強(qiáng)度的激光照射下會(huì)發(fā)生電離、擊穿和離解，從而產(chǎn)生碳自由基，產(chǎn)生的碳自由基會(huì)粘連在拉曼管的窗口材料上形成污染斑，輕則影響受激拉曼散射的能量轉(zhuǎn)換效率，重則使受激拉曼散射效應(yīng)難以產(chǎn)生。雖有采用在拉曼管中加入氫氣來抑制碳的產(chǎn)生，如在1988年6月14日公開的美國專利申請(qǐng)說明書US4751714A中所披露的一種“改進(jìn)氣體拉曼散射管的激光系統(tǒng)”，但其仍有著若加入的氫氣少，則不能完全避免管中碳的產(chǎn)生，氫氣加入過多，則又會(huì)影響、干擾甲烷的拉曼效應(yīng)的缺陷；還有在拉曼管中加入堿金屬和堿土金屬的，以抑制碳自由基的產(chǎn)生，如在1997年11月20日公開的世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織專利申請(qǐng)說明書WO9743808A中曾描述過的一種“純化氣體的方法和裝置”，但其也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大和使用不便的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為克服上述各種方案的局限性，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置。
所采用的技術(shù)方案包括激光器及其輸出光路上依次置有的聚焦透鏡和充有甲烷的拉曼管，特別是所說拉曼管中還充有氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)狻鍤夂碗畾獾幕旌蠚怏w，所說混合氣體的氣壓為1～5兆帕、構(gòu)成比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.4～0.6∶0.2～0.4∶0.2～0.4∶0.9～1.1∶0.7～0.9∶0.05～0.15。
作為技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的混合氣體的氣壓為3兆帕；所述的甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.5∶0.3∶0.3∶1∶0.8∶0.1；所述的聚焦透鏡的焦距為50～100cm；所述的激光器為輸出266nm波長、脈沖能量為20～70mJ的Nd:YAG激光器；所述的聚焦透鏡的焦距為70cm。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，其一，在原充有甲烷氣體的拉曼管中再混入導(dǎo)熱系數(shù)較大的氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣，解決了甲烷氣體因其導(dǎo)熱系數(shù)小，在重復(fù)頻率較高的脈沖激光的照射下，甲烷氣體中吸收的熱量很難即時(shí)地散發(fā)出去，加速了甲烷分子的離解，特別是在焦點(diǎn)附近由于溫度過高而引起甲烷的快速熱離解，從而產(chǎn)生大量的碳自由基，進(jìn)而污染拉曼管的窗口之難題，經(jīng)多次測試，測試時(shí)分別采用重復(fù)率為10～50Hz或連續(xù)輸出、輸出波長為266nm、能量為20～70mJ的激光單次連續(xù)照射8小時(shí)，拉曼管兩端的窗口仍然是干干凈凈的；其二，甲烷氣體與氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣間的混合比例，以及混合氣體的氣壓的選擇，使混入的導(dǎo)熱氣體既未干擾甲烷氣體產(chǎn)生斯特克斯光，在同等條件下又未降低拉曼管的功率輸出；其三，聚焦透鏡的焦距選定為50～100cm，除保證了拉曼管中的甲烷氣體被激光照射后有適當(dāng)?shù)乃固乜怂构獾霓D(zhuǎn)換效率之外，且同時(shí)還可使甲烷氣體的被電離和擊穿的閾值高于激光的照射光強(qiáng)；其四，針對(duì)特定的266nm波長的激光束，選定聚焦透鏡的焦距為70cm，可使采用輸出特定波長的激光器的裝置的整體效能達(dá)至最佳。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是本發(fā)明的一種基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1參見圖1，激光器1為輸出波長266nm、脈沖能量為20mJ的Nd:YAG激光器。在激光器1的輸出光路上依次設(shè)置有聚焦透鏡2和拉曼管3；其中，聚焦透鏡2的焦距為50cm；拉曼管3中充有氣壓為1兆帕的混合氣體，該混合氣體由甲烷、氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣?gòu)成，其相互間的比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.4∶0.2∶0.2∶0.9∶0.7∶0.05。
實(shí)施例2參見圖1，激光器1為輸出波長266nm、脈沖能量為50mJ的Nd:YAG激光器。在激光器1的輸出光路上依次設(shè)置有聚焦透鏡2和拉曼管3；其中，聚焦透鏡2的焦距為70cm；拉曼管3中充有氣壓為3兆帕的混合氣體，該混合氣體由甲烷、氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣?gòu)成，其相互間的比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.5∶0.3∶0.3∶1∶0.8∶0.1。
實(shí)施例3參見圖1，激光器1為輸出波長266nm、脈沖能量為70mJ的Nd:YAG激光器。在激光器1的輸出光路上依次設(shè)置有聚焦透鏡2和拉曼管3；其中，聚焦透鏡2的焦距為100cm；拉曼管3中充有氣壓為5兆帕的混合氣體，該混合氣體由甲烷、氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣?gòu)成，其相互間的比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.6∶0.4∶0.4∶1.1∶0.9∶0.15。
使用時(shí)，分別選用重復(fù)率為10Hz或20Hz或30Hz或40Hz或50Hz的Nd:YAG激光器(也可為連續(xù)輸出的激光器1)輸出266nm波長的激光，經(jīng)聚焦透鏡2聚焦后，照射拉曼管3中的甲烷氣體，均可產(chǎn)生波長為288.4nm的一階斯特克斯光、波長為314.9nm的二階斯特克斯光、波長為346.7nm的三階斯特克斯光和波長為246.8nm的一階反斯特克斯光等輸出，以供后續(xù)之用。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，包括激光器(1)及其輸出光路上依次置有的聚焦透鏡(2)和充有甲烷的拉曼管(3)，其特征在于所說拉曼管(3)中還充有氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣的混合氣體，所說混合氣體的氣壓為1～5兆帕、構(gòu)成比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.4～0.6∶0.2～0.4∶0.2～0.4∶0.9～1.1∶0.7～0.9∶0.05～0.15。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，其特征是混合氣體的氣壓為3兆帕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，其特征是甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.5∶0.3∶0.3∶1∶0.8∶0.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，其特征是聚焦透鏡(2)的焦距為50～100cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，其特征是激光器(1)為輸出266nm波長、脈沖能量為20～70mJ的Nd:YAG激光器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置，其特征是聚焦透鏡(2)的焦距為70cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止激光在充有甲烷的拉曼管窗口上產(chǎn)生污染的裝置。它包括激光器(1)及其輸出光路上依次置有的聚焦透鏡(2)和充有甲烷的拉曼管(3)，特別是拉曼管(3)中還充有氦氣、氖氣、氫氣、氮?dú)?、氬氣和氘氣的混合氣體，混合氣體的氣壓為1～5兆帕、構(gòu)成比例為甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.4～0.6∶0.2～0.4∶0.2～0.4∶0.9～1.1∶0.7～0.9∶0.05～0.15；所述的混合氣體的氣壓為3兆帕，所述的甲烷∶氦氣∶氖氣∶氫氣∶氮?dú)狻脷鍤狻秒畾鉃?∶0.5∶0.3∶0.3∶1∶0.8∶0.1，所述的聚焦透鏡(2)的焦距為50～100cm。它能在分別采用重復(fù)率為10～50Hz或連續(xù)輸出、輸出波長為266nm、能量為20～70mJ的激光單次連續(xù)照射8小時(shí)后，拉曼管窗口仍保持原狀態(tài)，可用于實(shí)現(xiàn)受激拉曼散射效應(yīng)。
文檔編號(hào)G02F1/35GK1696808SQ200410014908
公開日2005年11月16日 申請(qǐng)日期2004年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者陶宗明, 張寅超, 邵石生, 曹開法, 劉小勤, 樊仲維, 胡歡陵 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所, 北京國科世紀(jì)激光技術(shù)有限公司