基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置及清洁方法
【专利摘要】本发明基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置及清洁方法，利用激光束的水光动能和微爆破效应进行织物污渍的去除，实现环保清洁。利用激光系统将电能转换为激光束的光能，由所输出的特定波长的激光照射含有水分的污渍织物，激光会被水分吸收后转化为水分子的动能，水分子受激发产生的水光动能使水分子具有高速运动或振动产生，部分吸收能量多的水分子还会产生微爆破效应，高速溅射运动的水分子可有效去除织物内的污垢，达到清洁纺织物的效果，可用于处理各种亲水性污垢，环保高效，并且不损伤衣物。
【专利说明】
基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置及清洁方法
技术领域
[0001]本发明涉及激光技术应用领域，具体地，涉及一种利用水光动能和微爆破效应的激光清洁装置及清洁方法。
【背景技术】
[0002]现有纺织物清洁技术通常需要使用洗衣液、洗衣粉、肥皂等化学物品，需要消耗大量洁净的自来水，并产生不易被处理的污水，成本高，效率低，污染环境，且纺织物中残留的化学物质对人体有害。
[0003]水对不同波长的激光具有不同的吸收系数，在波长2.7μπι?3.2μπι之间，水对激光的能量吸收处于高峰值状态，超过90 %的激光能量会被水分子吸收，水分子吸收激光光子能量后，会产生水光动能并发生微爆破效应，对周围的水分子和污物组织产生局部溅射冲击和振动，使污物被击碎并脱离织物而被清理掉。利用水分子受到特定波长激光能量激发会产生水光动能并发生微爆破效应的特点，高速溅射运动的水分子可有效去除织物内的污垢，达到清洁纺织物的效果。
[0004]利用激光进行织物清洗，目前尙未见到文献报导。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种新型织物清洁技术，利用特定波长激光产生水光动能效应进行织物污渍的去除。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案:
[0007]基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置，主要由半导体激光器、传导光纤、耦合镜、全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片、工作窗口、第二制冷模块、制冷模块导线、制冷系统主机、第一制冷模块组成。
[0008]半导体激光器放置在第一制冷模块上，第一制冷模块为半导体激光器提供制冷；第一制冷模块通过导线与制冷系统主机相连;半导体激光器、第一制冷模块、制冷系统主机三者安置在主机箱内。
[0009]半导体激光器通过传导光纤与耦合镜相连，半导体激光器产生的栗浦光，经传导光纤输出到耦合镜前方;耦合镜后方依次平行排列全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片和工作窗口；其中全反射腔镜片和输出腔镜片设置在复合激光晶体阵列两侧，组成激光谐振腔;在复合激光晶体阵列下面放置第二制冷模块，第二制冷模块为复合激光晶体阵列提供制冷，保证复合激光晶体阵列在正常温度条件下工作;耦合镜、全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片、工作窗口、第二制冷模块全部安装在工作手柄结构体内，组成一个工作头。
[0010]第二制冷模块与制冷系统主机之间由制冷模块导线相连，制冷模块导线起传导电能作用。
[0011 ]工作窗口与外部的一个待清洁目标相对。
[0012]所述复合激光晶体阵列为YSGG/Er:YSGG两种晶体板块相间排列，其中Er: YSGG晶体能产生2.8μπι激光。
[0013]全反射腔镜片左面镀975nm增透膜，右面镀975nm增透膜及2.8μπι全反膜;输出腔镜片左面镀975nm全反膜及2.8μπι部分反射膜，其透过率为20 %，右面镀2.8μπι增透膜。
[0014]所述第一制冷模块和第二制冷模块均为TEC制冷模块。
[0015]所述工作窗口为平凸柱面透镜，凸面向外，焦距I OOmm，双面镀2.8μπι增透膜。
[0016]基于水光动能和微爆破效应的激光清洁方法所述的方法是:由半导体激光器产生975nm的栗浦光，经传导光纤输出到耦合镜，经准直会聚后透过全反射腔镜片入射到复合激光晶体阵列内，复合激光晶体阵列在由全反射腔镜片和输出腔镜片组成的谐振腔内实现激光振荡和放大，输出2.8μηι波长的激光，通过输出腔镜片，最后经工作窗口会聚后输出，投射到待清洁目标上;待清洁目标是带有污渍的织物，使用时将有污渍的织物用水浸湿，或用喷头直接喷洒少量水至污渍表面;2.8μπι波长的激光被水分子吸收后产生水光动能，部分水分子会激发成为具有高速动能的状态而发生微爆破，此时污渍随水分子同时运动或振动，由于爆破而脱离织物组织，达到清洁污渍的效果。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]本发明既可用于局部处理，作为织物整体清洗前对局部重度脏污处的预处理，也可用于大面积处理，将整个织物扫描一遍完成全部清洁工作。
[0019]本发明与现有清洁技术和方法相比，最大的优点在于能有效进行织物污渍的去除，效率高、无污染，不需要使用清洁剂、洗涤剂等化学洗涤制品，可有效减少环境污染，有利于保护水资源和环境，是一种高科技的环保织物清洁方式。
【附图说明】
[0020]图1为本发明基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置结构示意图。
[0021]图中:
[0022]1、传导光纤2、親合镜3、全反射腔镜片4、复合激光晶体阵列5、输出腔镜片6、工作窗口 7、第二制冷模块8、工作手柄结构体9、制冷模块导线10、制冷系统主机11、第一制冷模块12、主机箱13、待清洁目标14。
【具体实施方式】
[0023]本发明基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置，如图1所示，主要由半导体激光器1、传导光纤2、親合镜3、全反射腔镜片4、复合激光晶体阵列5、输出腔镜片6、工作窗口
7、第二制冷模块8、制冷模块导线10、制冷系统主机11、第一制冷模块12组成。
[0024]半导体激光器I放置在第一制冷模块12上，第一制冷模块12为半导体激光器I提供制冷，保证半导体激光器I的正常工作温度。第一制冷模块12通过导线与制冷系统主机11相连。半导体激光器1、第一制冷模块12、制冷系统主机11三者安置在主机箱13内。半导体激光器I通过传导光纤2与耦合镜3相连，半导体激光器I产生的栗浦光，经传导光纤2输出到耦合镜3前方。親合镜3后方依次平行排列全反射腔镜片4、复合激光晶体阵列5、输出腔镜片6和工作窗口 7。其中全反射腔镜片4和输出腔镜片6设置在复合激光晶体阵列5两侧，组成激光谐振腔。在复合激光晶体阵列5下面放置第二制冷模块8，第二制冷模块8为复合激光晶体阵列5提供制冷，保证复合激光晶体阵列5在正常温度条件下工作。耦合镜3、全反射腔镜片4、复合激光晶体阵列5、输出腔镜片6、工作窗口 7、第二制冷模块8全部安装在工作手柄结构体9内，组成一个工作头。
[0025]第二制冷模块8与制冷系统主机11之间由制冷模块导线10相连，制冷模块导线10起传导电能作用。
[0026]工作窗口7与外部的一个待清洁目标14相对。
[0027]本发明基于水光动能和微爆破效应的激光清洁方法是:
[0028]装置工作时，由半导体激光器I产生975nm的栗浦光，经传导光纤2输出到耦合镜3，经准直会聚后透过全反射腔镜片4入射到复合激光晶体阵列5内，复合激光晶体阵列5在由全反射腔镜片4和输出腔镜片6组成的谐振腔内实现激光振荡和放大，输出2.8μπι波长的激光，通过输出腔镜片6，最后经工作窗口7会聚后输出，投射到待清洁目标14上。待清洁目标14是带有污渍的织物，使用时将有污渍的织物用水浸湿，或用喷头直接喷洒少量水至污渍表面。2.8μπι波长的激光被水分子吸收后产生水光动能，部分水分子会激发成为具有高速动能的状态而发生微爆破，此时污渍随水分子同时运动或振动，由于爆破而脱离织物组织，从而达到清洁污渍的效果。
[0029]作为实施例:
[0030]本发明所述半导体激光器I为975nm输出，与传导光纤2相连。
[0031 ] 所述传导光纤2采用工业SMA905标准接口。
[0032]所述复合激光晶体阵列5为YSGG/Er:YSGG两种晶体板块相间排列，其中Er: YSGG晶体能产生2.8μπι激光，该波长的激光既能被水分子高吸收，又有一定的穿透深度;YSGG晶体具有好的导热性，可保证晶体阵列充分散热。
[0033]所述全反射腔镜片4和输出腔镜片6组成激光谐振腔，其中全反射腔镜片4左面镀975nm增透膜，右面镀975nm增透膜及2.8μπι全反膜。输出腔镜片6左面镀975nm全反膜及2.8μm部分反射膜，其透过率为20 %，右面镀2.8μπι增透膜。
[0034]所述第一制冷模块12和第二制冷模块8均为TEC制冷模块。
[0035]所述工作窗口7为平凸柱面透镜，凸面向外，焦距100_，双面镀2.8μπι增透膜，可将激光束会聚成直线型一维扫描光束或特定形状的光斑，使用时方便进行大面积的照射扫描。
【主权项】
1.基于水光动能和微爆破效应的激光清洁装置，其特征在于:主要由半导体激光器、传导光纤、耦合镜、全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片、工作窗口、第二制冷模块、制冷模块导线、制冷系统主机、第一制冷模块组成。2.根据权利要求1所述的激光清洁装置，其特征在于:半导体激光器放置在第一制冷模块上，第一制冷模块为半导体激光器提供制冷;第一制冷模块通过导线与制冷系统主机相连;半导体激光器、第一制冷模块、制冷系统主机三者安置在主机箱内。3.根据权利要求1所述的激光清洁装置，其特征在于:半导体激光器通过传导光纤与耦合镜相连，半导体激光器产生的栗浦光，经传导光纤输出到耦合镜前方;耦合镜后方依次平行排列全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片和工作窗口；其中全反射腔镜片和输出腔镜片设置在复合激光晶体阵列两侧，组成激光谐振腔;在复合激光晶体阵列下面放置第二制冷模块，第二制冷模块为复合激光晶体阵列提供制冷，保证复合激光晶体阵列在正常温度条件下工作;耦合镜、全反射腔镜片、复合激光晶体阵列、输出腔镜片、工作窗口、第二制冷模块全部安装在工作手柄结构体内，组成一个工作头。4.根据权利要求1、2或3所述的激光清洁装置，其特征在于:第二制冷模块与制冷系统主机之间由制冷模块导线相连，制冷模块导线起传导电能作用。5.根据权利要求1或3所述的激光清洁装置，其特征在于:工作窗口与外部的一个待清洁目标相对。6.根据权利要求1或3所述的激光清洁装置，其特征在于:所述复合激光晶体阵列为YSGG/Er: YSGG两种晶体板块相间排列，其中Er: YSGG晶体能产生2.8μπι激光，YSGG晶体起导热和散热作用。7.根据权利要求1或3所述的激光清洁装置，其特征在于:全反射腔镜片左面镀975nm增透膜，右面镀975nm增透膜及2.8μπι全反膜;输出腔镜片左面镀975nm全反膜及2.8μπι部分反射膜，其透过率为20 %，右面镀2.8μπι增透膜。8.根据权利要求1、2或3所述的激光清洁装置，其特征在于:所述第一制冷模块和第二制冷模块均为TEC制冷模块。9.根据权利要求1或3所述的激光清洁装置，其特征在于:所述工作窗口为平凸柱面透镜，凸面向外，焦距I OOmm，双面镀2.8μπι增透膜。10.基于水光动能和微爆破效应的激光清洁方法，其特征在于:所述的方法是:由半导体激光器产生975nm的栗浦光，经传导光纤输出到耦合镜，经准直会聚后透过全反射腔镜片入射到复合激光晶体阵列内，复合激光晶体阵列在由全反射腔镜片和输出腔镜片组成的谐振腔内实现激光振荡和放大，输出2.8μηι波长的激光，通过输出腔镜片，最后经工作窗口会聚后输出，投射到待清洁目标上;待清洁目标是带有污渍的织物，使用时将有污渍的织物用水浸湿，或用喷头直接喷洒少量水至污渍表面;2.8μπι波长的激光被水分子吸收后产生水光动能，部分水分子会激发成为具有高速动能的状态而发生微爆破，此时污渍随水分子同时运动或振动，由于爆破而脱离织物组织，达到清洁污渍的效果。
【文档编号】D06F7/04GK105862309SQ201610453722
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】李永亮, 周玮琦, 高龙岳, 王斯琦, 白冲, 王渊博, 李仕明
【申请人】长春理工大学