[發明專利]高重頻大能量可調諧激光循環系統的控制方法及該系統的流速驗證方法

在審

• 申請號: 201510907163.2
• 申請日: 2015-12-09
• 公開（公告）號: CN105375254A
• 公開（公告）日: 2016-03-02
• 發明（設計）人: 董志偉;樊榮偉;李旭東;陳默然;陳德應;于欣;馬欲飛;閆仁鵬;周志剛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;G05B19/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明涉及一種激光循環系統，用于高重頻、大能量的可調諧激光輸出的染料循環。

背景技術

自從激光光源發明以來，其單色性好，亮度高的特性為人們的生產及生活帶來了巨大的便利。隨著激光光源應用的日益廣泛，為拓展其應用范圍，輸出波長在一定波段范圍內連續可調諧的可調諧激光已成為激光技術的研究熱點。但目前的可調諧激光工作物質主要為液體激光染料，有機染料分子在大能量泵浦激光的作用下極易發生分解而導致染料變性。因此必須利用高效的循環系統以控制有機染料分子處于激光泵浦光斑區域內的時間。特別是在一些特殊的應用場合，如遠距離光譜診斷、同位素分離等方面，需要高重頻、大能量的可調諧激光光源。這對可調諧激光染料的循環技術提出了更高的要求。滿足高重頻、大能量的可調諧激光輸出的染料循環技術已成為限制發展的瓶頸技術問題。

現有的可調諧激光的循環系統必須獲得染料分子的受激發射截面、三重態吸收截面、系際交叉系數等微觀物理參數，根據最長容許持續泵浦時間獲得最小流速，對流速進行控制，而實際中獲得上述相關微觀參數的過程和方法比較復雜及困難，且在實際應用中發現存在流速過高導致的可調諧激光輸出穩定性降低的問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有可調諧激光的循環系統的控制過程復雜的問題，本發明提供一種高重頻大能量可調諧激光循環系統的控制方法及該系統的流速驗證方法。

本發明的高重頻大能量可調諧激光循環系統的控制方法，所述循環系統包括控制系統、循環泵、循環染料池和流速壓力檢測器；所述控制方法包括如下步驟：

步驟一：根據需求，確定循環染料池中的液體染料的高度h和黏滯系數η；

步驟二：設置液體染料的流動方向與泵浦激光方向和調諧激光方向三者相互垂直；

步驟三：根據雷諾參數R_e＝ηh/v，使雷諾參數R_e<2000，獲得液體染料控制流速v；

步驟四：根據獲得液體燃料控制流速v，控制系統向控制循環染料池中的循環泵發出流速控制指令；

步驟五：利用循環染料池中的流速壓力檢測器檢測實際流速，判斷獲得的實際流速與控制流速v之差是否達到預設要求，若是，控制系統按照獲得的實際流速進行控制；若否，控制系統對實際流速與控制流速v進行比對，基于負反饋原理修正流速控制指令，重復該步驟。

所述步驟三，在雷諾參數R_e<2000的范圍內，取液體染料控制流速v能實現的最大值。

所述步驟五還包括：若可調諧激光循環系統工作狀況異常，則由控制系統發出警報提示，若該狀況異常超過設定時間未處理，則控制可調諧激光循環系統停止工作。

所述狀況異常包括超過預定時間實際流速與控制流速v差達不到預設要求、實際流速過低于預設范圍和流速壓力檢測器檢測壓力異常。

高重頻大能量可調諧激光循環系統的流速驗證方法，所述方法包括：

步驟一：根據待驗證的可調諧激光循環系統，確定循環染料池中的液體染料的高度h和黏滯系數η；根據雷諾參數R_e＝ηh/v₁，使雷諾參數R_e<2000，獲得液體染料流速v₁；

步驟二：在雷諾參數R_e<2000的范圍內，取液體染料流速v₁能實現的最大值；

步驟三：根據公式獲得液體染料最小流速v₂，其中，ρ為液體染料濃度，l為泵浦激光斑橫向尺度，S為循環染料池中橫截面積，σ_T為染料分子的受激發射截面，K_ST為系際交叉系數，σ_e為三重態吸收截面；

步驟四：判斷待驗證的可調諧激光循環系統的流速v是否在最大流速v₁和最小流速v₂范圍內，若是，則可調諧激光循環系統在流速v下可行，若否，則可調諧激光循環系統在流速v下不可行。