一种用于提拉炉的激光监控分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及监控技术，特别是一种用于提拉炉的激光监控分析系统。
【背景技术】
[0002]在晶体制备工艺中，从熔体中提拉生长高质量单晶的方法称为提拉法，是将构成晶体的原料经过固相或者液相合成，高温烧结反应后，放在提拉炉坩祸中加热熔化，再利用籽晶提拉熔体，通过温度控制，使籽晶和熔体在交界液面上不断进行原子分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体，在晶体提拉法生长过程中，熔体的温度气氛、提拉的速率、晶体生长中的挥发物、液面涡旋等对晶体的利用率、量产率起着决定性影响，如能对晶体生长过程加以监控，有助于提升晶体的生产率和质量。
[0003]但是由于提拉炉坩祸温度很高，产生的强光使人难以长时间目视，而传统视频监控中的减光、滤光方法在强光环境下又易使信息光波被过滤掉，使得对炉内的监控较为困难，迄今为止，国内市面上通用的提拉炉都缺乏有效监控缺陷结构、晶体浓度、挥发物的系统，使得生长优质大尺寸单晶非常困难，尤其是易挥发原料的单晶提拉。目前虽有部分厂家为此开发了视频监控设备，但由于其仅用了滤光片对炉内强光进行处理，易损失有用的光线而影响监控效果。
[0004]公开号203174220U的专利中公开了一种晶体提拉生成监控装置，使用摄像机对提拉炉内的晶体生长过程进行监控，但按其描述，该装置摄像机仅使用炉内生产过程所产生的光线进行成像，由于炉内反应复杂，各类晶体生产过程中产生的光谱不同且混杂于在炉内的强光中，现有的被动成像的摄像机很难将其区分，难以保证成像效果，从而降低了监控质量。
【发明内容】
[0005]本发明提出一种用于提拉炉的激光监控分析系统，通过使用激光对提拉炉内环境进行主动照明，能对炉内晶体缺陷结构、晶体浓度、挥发物进行高质量的监控。
[0006]本发明采用以下技术方案。
[0007]一种用于提拉炉的激光监控分析系统，用于提拉炉内晶体生长过程中的监控和分析，所述系统以激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，通过生产环境所反射回的激光对提拉炉内的晶体生长过程进行成像分析。
[0008]所述系统与提拉炉集成，设有激光生成部、光路组件和激光传感系统，所述提拉炉从外至内依次设有炉膛、保温罩和坩锅，所述激光生成部生成的激光由激光出射口输出，经光路组件发散后，对提拉炉坩锅内的籽晶进行360度范围覆盖照射，同时也对提拉炉坩锅内液面进行照射；激光传感系统内置传感器、分析模块和反馈模块，根据籽晶和液面处的反射激光进行传感成像、分析，同时向外部控制系统反馈所生成的图像和分析结果。
[0009]所述激光生成部的激光出射口设于炉膛侧壁处，位于同一水平面内，激光生成部生成激光从三个方向互成120度射入提拉炉内。
[0010]所述提拉炉的保温罩设有激光穿透部，激光穿透部上设光线通孔，或是以激光波长匹配材料成型以保证激光高透穿过。
[0011]所述激光生成部按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长。
[0012]所述光路组件为分光镜。
[0013]所述分光镜包括光栅式分光镜和棱镜式分光镜。
[0014]所述光路组件设于保温罩和坩锅之间。
[0015]所述激光传感系统所用传感器的位置与激光生成部的激光出射口相邻。
[0016]所述激光传感系统整合三个方向的传感器的采集信息以进行立体成像。
[0017]本发明使用了激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，由于激光的强度高且单色性好，可以有效抑制提拉炉内强光在传感器上形成的噪声干扰，便于传感系统把炉内原有光线和激光反射光线进行区分，也可以采用对所发射激光波长敏感的传感器从而忽视生产过程所产生的光线，从籽晶和液面的反射激光中得到清晰的成像，获得良好的监控效果。
[0018]由于激光的波长可调，本发明的激光生成部按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长，这使得提拉炉内的激光反射值可按需调整，监控人员可以按生产晶体的特性来灵活设定激光波长，以获取清楚的监控成像。
[0019]构成晶体的原料，其气态、液态、固态的光吸收特性均不同，监控人员可以针对其光吸收特性的变化，改变入射激光波长，从而强化炉内液面、挥发物形态的监控影像。
[0020]激光穿透能力较强，有很好的透雾能力，因此即使炉内有烟雾，本发明也容易得到好的监控效果，使得当使用易挥发原料进行晶体提拉时，本发明的监控效果不易受炉内烟雾影响。
[0021]由于晶体缺陷结构必然对光线的反射折射产生影响，从而显示于监控画面上，传统视频摄像由于强光的干扰从而使这类缺陷不易显现，而本发明采用的激光照明可对穿透晶体，而且所配套的激光传感系统使得在强光下观察晶体缺陷更为容易，从而提升了生产者对晶体生长过程中晶体缺陷的观察监控能力。
[0022]激光方向性好，使得其发散程度和覆盖范围均能得到精准的控制，本发明利用此特性，以光栅式分光镜和棱镜式分光镜对激光进行发散后，对提拉炉坩锅内的籽晶进行360度范围覆盖照射，同时对提拉炉坩锅内液面进行照射，光路简单，耐高温且易于维护，可以设于保温罩内，提升激光发散照射的效果。
[0023]激光生成部的激光出射口设于炉膛侧壁处，位于同一水平面内，激光生成部生成激光从三个方向互成120度射入提拉炉内，激光传感系统所用传感器位置与激光生成部的激光出射口相邻，这使本系统能同时在坩锅周围对其内的生产过程进行监控，丰富了监控内容，而且可由三个方向上的成像信息来生成立体影像。
[0024]由于本发明使用了激光作为成像光源，因此可在强光环境下获取细节丰富的高精度视频和图案，并能由本系统内的激光传感系统中的反馈模块向外部控制系统进行反馈，这使得外部控制系统能及时获取强光环境下的炉内生产细节，及时作出反应，有助于提升生产质量和效率。
【附图说明】
[0025]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步详细的说明: 图1是本发明所述激光监控分析系统的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，一种用于提拉炉的激光监控分析系统，用于提拉炉内晶体生长过程中的监控和分析，所述系统以激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，通过生产环境所反射回的激光对提拉炉内的晶体生长过程进行成像分析。
[0027]所述系统与提拉炉集成，设有激光生成部2、光路组件6和激光传感系统1，所述提拉炉从外至内依次设有炉膛3、保温罩5和坩锅4，所述激光生成部2生成的激光由激光出射口 7输出，经光路组件6发散后，对提拉炉坩锅4内的籽晶进行360度范围覆盖照射，同时也对提拉炉坩锅4内液面进行照射；激光传感系统内置传感器、分析模块和反馈模块，根据籽晶和液面处的反射激光进行传感成像、分析，同时向外部控制系统反馈所生成的图像和分析结果。
[0028]所述激光生成部2的激光出射口 7设于炉膛侧壁处，位于同一水平面内，激光生成部2生成激光从三个方向互成120度射入提拉炉内。
[0029]所述提拉炉的保温罩5设有激光穿透部，激光穿透部上设光线通孔，或是以激光波长匹配材料成型以保证激光高透穿过。
[0030]所述激光生成部2按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长。
[0031]所述光路组件6为分光镜。
[0032]所述分光镜包括光栅式分光镜和棱镜式分光镜。
[0033]所述光路组件6设于保温罩5和坩锅4之间。
[0034]所述激光传感系统I所用传感器位置与激光生成部的激光出射口相邻。
[0035]所述激光传感系统I整合三个方向的传感器的采集信息以进行立体成像。
[0036]操作人员根据坩锅4内晶体材料的光吸收特性设定激光生成部2生成激光的波长，在激光传感系统I上使用对发射激光波长敏感的传感器，向坩锅4发射激光，激光穿过保温罩5上的光线通孔后，经光路组件6散射，对坩锅4内的籽晶和原料液面进行照射，当籽晶和原料液面处的反射激光到达激光传感系统后，传感器仅使用反射激光进行成像，不受炉内生产过程所产生的强光影响。
【主权项】
1.一种用于提拉炉的激光监控分析系统，用于提拉炉内晶体生长过程中的监控和分析，其特征在于:所述系统以激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，通过生产环境所反射回的激光对提拉炉内的晶体生长过程进行成像分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述系统与提拉炉集成，设有激光生成部、光路组件和激光传感系统，所述提拉炉从外至内依次设有炉膛、保温罩和坩锅，所述激光生成部生成的激光由激光出射口输出，经光路组件发散后，对提拉炉坩锅内的籽晶进行360度范围覆盖照射，同时也对提拉炉坩锅内液面进行照射；激光传感系统内置传感器、分析模块和反馈模块，根据籽晶和液面处的反射激光进行传感成像、分析，同时向外部控制系统反馈所生成的图像和分析结果。
3.根据权利要求2所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述激光生成部的激光出射口设于炉膛侧壁处，位于同一水平面内，激光生成部生成激光从三个方向互成120度射入提拉炉内。
4.根据权利要求2所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述提拉炉的保温罩设有激光穿透部，激光穿透部上设光线通孔，或是以激光波长匹配材料成型以保证激光高透通过。
5.根据权利要求2所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述激光生成部按坩锅内晶体材料的光吸收特性来设定所生成激光的波长。
6.根据权利要求2所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述光路组件为分光镜。
7.根据权利要求6所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述分光镜包括光栅式分光镜和棱镜式分光镜。
8.根据权利要求6所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述光路组件设于保温罩和坩锅之间。
9.根据权利要求2所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述激光传感系统所用传感器的位置与激光生成部的激光出射口相邻。
10.根据权利要求2、3或9所述的一种用于提拉炉的激光监控分析系统，其特征在于:所述激光传感系统整合三个方向的传感器的采集信息以进行立体成像。
【专利摘要】本发明公开了一种用于提拉炉的激光监控分析系统，用于提拉炉内晶体生长过程中的监控和分析，所述系统以激光对提拉炉内生产环境进行主动照明，通过生产环境所反射回的激光对提拉炉内的晶体生长过程进行成像分析，本发明能在提拉炉内强光环境下，实现对晶体生成过程的可靠清晰监控和分析。
【IPC分类】C30B15-26
【公开号】CN104746136
【申请号】CN201510174163
【发明人】羊富贵, 乔亮, 夏忠朝, 武永华, 颜峰坡, 薛有为
【申请人】福建江夏学院
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月14日