專利名稱：二氧化碳激光波長測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光波長測量裝置，特別涉及一種二氧化碳激光波長測量
直O(jiān)
背景技術(shù)：
隨著二氧化碳激光在工業(yè)加工、通信、測量、以及醫(yī)療科研等眾多領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，方便快捷地測量二氧化碳激光器波長也正成為一種迫切的需求。二氧化碳激光器的主要工作物質(zhì)由C02、N2和He三種氣體組成。其中CO2是產(chǎn)生激光輻射的氣體，N2和He 為輔助性氣體。激光躍遷發(fā)生在CO2分子電子基態(tài)的兩個振動一轉(zhuǎn)動能級之間。當(dāng)二氧化碳激光器工作時，由于隊分子受電子碰撞的幾率很大，因此被有效地激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)，其能量與CO2分子上能級的能量十分靠近，能量很快從N2分子第一激發(fā)態(tài)共振轉(zhuǎn)移到(X)2激光上能級上，使其粒子數(shù)增加。當(dāng)(X)2分子上能級與下能級形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)時，通過受激輻射產(chǎn)生躍遷。但除振動外，CO2分子還有轉(zhuǎn)動，故每個振動能級可以分成一系列轉(zhuǎn)動能級， 使得二氧化碳激光器的輸出波長在9-11 Mffl的范圍都有可能出現(xiàn)。目前測量二氧化碳激光波長參數(shù)的裝置大致分為幾類，一類是波長計，功能簡單，操作方便，精度也比較高，但是一般只能讀出波長數(shù)據(jù)，當(dāng)激光器是多波長或者光譜較寬時，測量有可能不準(zhǔn)確。一類是掃描 F-P腔，主要是研究激光器的光譜形狀，一般不給出波長的絕對數(shù)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有二氧化碳激光波長測量裝置的缺點，提供一種具有功能強大，性價比高、測量精度高、測量速度快、操作簡單等特點的二氧化碳激光波長測量
直ο本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種二氧化碳激光波長測量裝置，特點是，該裝置主要包括光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包括聚焦球面反射鏡、物鏡、入射狹縫、第一準(zhǔn)直球面反射鏡、平面衍射光柵、第二準(zhǔn)直球面反射鏡、出射狹縫和碲鎘汞探測器；所述的電子系統(tǒng)主要包括前置放大器、計算機、A/D變換器和D/A變換器；所述掃描系統(tǒng)由步進電機和正弦機構(gòu)組成，正弦機構(gòu)通過絲杠與平面衍射光柵相連接；由二氧化碳激光光源發(fā)出的光束進入入射狹縫，入射狹縫位于聚焦球面反射鏡的焦面上，通過入射狹縫射入的光束經(jīng)第一準(zhǔn)直球面反射鏡、聚焦球面反射鏡反射成平行光束投向由步進電機通過正弦機構(gòu)控制轉(zhuǎn)動的平面衍射光柵上，得到波長與平面衍射光柵轉(zhuǎn)動角度成正弦關(guān)系的衍射光束， 該衍射光束經(jīng)物鏡、第二準(zhǔn)直球面反射鏡和出射狹縫到達碲鎘汞探測器，通過出射狹縫的出射光信號經(jīng)碲鎘汞探測器變換為電信號，電信號經(jīng)前置放大器放大經(jīng)A/D變換器將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由計算機處理測得二氧化碳激光波長。所述的碲鎘汞探測器的光譜響應(yīng)在8 14 μ m，其峰值波長為10. 6 μ m，與C02 激光器的激光波長相匹配。所述的入射狹縫、出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍0_2mm連續(xù)可調(diào)。
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二氧化碳激光波長測量原理
由二氧化碳激光光源發(fā)出的光束進入位于聚焦球面反射鏡的焦面上的入射狹縫，通過入射狹縫射入的光束經(jīng)第一準(zhǔn)直球面反射鏡、聚焦球面反射鏡反射成平行光束投向由步進電機通過正弦機構(gòu)控制轉(zhuǎn)動的平面衍射光柵上，得到波長與平面衍射光柵轉(zhuǎn)動角度成正弦關(guān)系的衍射光束，根據(jù)光學(xué)原理，通過光柵方程可以給出出射波長和光柵角度之間的關(guān)系， 如圖1所示， 光柵方程為 2d
λ =——cos φ.sm” ,
m
其中，▽為光柵的旋轉(zhuǎn)角度，^為入射角和衍射角之和的一半，對給定的光譜儀來說& 為一常數(shù)，d為光柵常數(shù)，λ為入射光波長，m為衍射級次，取0、± 1、± 2等整數(shù)。本發(fā)明的掃描系統(tǒng)是根據(jù)上述光柵方程，波長和光柵的轉(zhuǎn)角成正弦關(guān)系，利用步進電機控制正弦機構(gòu)中絲杠的轉(zhuǎn)動，進而使平面衍射光柵轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的。步進電機在輸入一組電脈沖后，就可以轉(zhuǎn)動一個角度，相應(yīng)地絲杠上螺母就移動一個固定的距離。每輸入一組脈沖，光柵的轉(zhuǎn)動便使出射狹縫出射的光波長改變0. lnm。當(dāng)光柵旋轉(zhuǎn)時，就將不同波長的光信號依次聚焦到出射狹縫上，碲鎘汞(CdHgTe)探測器記錄不同光柵旋轉(zhuǎn)角度(不同的角度代表不同的波長)時的輸出光信號強度，即記錄了光譜，通過輸出狹縫選擇相應(yīng)的波長進行記錄。本發(fā)明的有益效果是，克服了現(xiàn)有二氧化碳激光波長測量裝置的缺點，能方便快捷地測量二氧化碳激光波長，該裝置具有功能強大，性價比高、測量精度高、測量速度快、操作簡單等特點，而且體積小巧，方便集成到系統(tǒng)中進行在線監(jiān)測。


圖1為光柵轉(zhuǎn)動系統(tǒng)示意圖2為二氧化碳激光波長測量裝置結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式由圖2所示，一種二氧化碳激光波長測量裝置，主要包括光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包括聚焦球面反射鏡1、物鏡2、入射狹縫3、第一準(zhǔn)直球面反射鏡 4、平面衍射光柵5、第二準(zhǔn)直球面反射鏡6、出射狹縫7和碲鎘汞探測器8 ；所述的電子系統(tǒng)主要包括前置放大器9、計算機10、A/D變換器11和D/A變換器12 ；所述掃描系統(tǒng)由步進電機13和正弦機構(gòu)14組成，正弦機構(gòu)14通過絲杠與平面衍射光柵5相連接；由二氧化碳激光光源發(fā)出的光束進入入射狹縫3，入射狹縫3位于聚焦球面反射鏡1的焦面上，通過入射狹縫3射入的光束經(jīng)第一準(zhǔn)直球面反射鏡4、聚焦球面反射鏡1反射成平行光束投向由步進電機通過正弦機構(gòu)14控制轉(zhuǎn)動的平面衍射光柵5上，得到波長與平面衍射光柵5轉(zhuǎn)動角度成正弦關(guān)系的衍射光束，該衍射光束經(jīng)物鏡2、第二準(zhǔn)直球面反射鏡6和出射狹縫7到達碲鎘汞探測器8，通過出射狹縫7的出射光信號經(jīng)碲鎘汞探測器8變換為電信號，電信號經(jīng)前置放大器9放大經(jīng)A/D變換器11將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由計算機10處理測得二氧化碳激光波長。所述的碲鎘汞探測器8的光譜響應(yīng)在8 14 ym，其峰值波長為10.6 μ m，與 C02激光器的激光波長相匹配。所述的入射狹縫3、出射狹縫7均為直狹縫，寬度范圍0-2mm 連續(xù)可調(diào)。前置放大器9的增益可以由控制軟件根據(jù)需要設(shè)置，前置放大器的增益現(xiàn)為1， 2，…，7七個檔次，數(shù)越大放大器的增益越高。 所述掃描系統(tǒng)由步進電機13和正弦機構(gòu)14組成，掃描控制是利用步進電機控制正弦機構(gòu)中絲杠的轉(zhuǎn)動，進而使光柵轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的。步進電機在輸入一組電脈沖后，就可以轉(zhuǎn)動一個角度，相應(yīng)絲杠上的螺母就移動一個固定的距離。每輸入一組脈沖，光柵的轉(zhuǎn)動便使出射狹縫出射的光波長改變0. lnm。本發(fā)明的測量參數(shù)9. IMm到11. 3Mm的(X)2激光波長。
權(quán)利要求
1.一種二氧化碳激光波長測量裝置，其特征在于，該裝置主要包括光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，所述的光學(xué)系統(tǒng)包括聚焦球面反射鏡(1)、物鏡(2)、入射狹縫(3)、第一準(zhǔn)直球面反射鏡(4)、平面衍射光柵(5)、第二準(zhǔn)直球面反射鏡(6)、出射狹縫(7)和碲鎘汞探測器(8)；所述的電子系統(tǒng)主要包括前置放大器(9)、計算機(10)、A/D變換器(11)和D/A變換器(12)；所述掃描系統(tǒng)由步進電機(13)和正弦機構(gòu)(14)組成，正弦機構(gòu)(14)通過絲杠與平面衍射光柵(5)相連接；由二氧化碳激光光源發(fā)出的光束進入入射狹縫(3)，入射狹縫 (3)位于聚焦球面反射鏡(1)的焦面上，通過入射狹縫(3)射入的光束經(jīng)第一準(zhǔn)直球面反射鏡(4)、聚焦球面反射鏡(1)反射成平行光束投向由步進電機通過正弦機構(gòu)(14)控制轉(zhuǎn)動的平面衍射光柵(5)上，得到波長與平面衍射光柵(5)轉(zhuǎn)動角度成正弦關(guān)系的衍射光束，該衍射光束經(jīng)物鏡(2 )、第二準(zhǔn)直球面反射鏡(6 )和出射狹縫(7 )到達碲鎘汞探測器(8 )，通過出射狹縫(7)的出射光信號經(jīng)碲鎘汞探測器(8)變換為電信號，電信號經(jīng)前置放大器(9)放大經(jīng)A/D變換器(11)將模擬量轉(zhuǎn)換數(shù)字量，由計算機(10)處理測得二氧化碳激光波長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳激光波長測量裝置，其特征在于，所述的碲鎘汞探測器的光譜響應(yīng)在8 14 ym，其峰值波長為10.6 μ m，與C02激光器的激光波長相匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳激光波長測量裝置，其特征在于，所述的入射狹縫、 出射狹縫均為直狹縫，寬度范圍0-2mm連續(xù)可調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種二氧化碳激光波長測量裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)、電子系統(tǒng)和掃描系統(tǒng)，二氧化碳激光光束通過入射狹縫，經(jīng)第一準(zhǔn)直球面反射鏡、聚焦球面反射鏡反射成平行光束投向由步進電機通過正弦機構(gòu)控制轉(zhuǎn)動的平面衍射光柵上，得到波長與平面衍射光柵轉(zhuǎn)動角度成正弦關(guān)系的衍射光束，該衍射光束經(jīng)物鏡、第二準(zhǔn)直球面反射鏡和出射狹縫到達碲鎘汞探測器，通過出射狹縫的出射光信號經(jīng)碲鎘汞探測器變換為電信號，經(jīng)放大、A/D變換，由計算機處理測得二氧化碳激光波長。本發(fā)明的有益效果是，克服了現(xiàn)有二氧化碳激光波長測量裝置的缺點，具有功能強大，性價比高、測量精度高、測量速度快、操作簡單等特點，而且體積小巧，方便集成到系統(tǒng)中進行在線監(jiān)測。
文檔編號G01M11/02GK102353462SQ20111019062
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月8日
發(fā)明者于航, 吳鴦, 崔瑛 申請人:上海市激光技術(shù)研究所