一种可方便调节激光脉宽的皮秒激光器的制作方法

本发明的应用领域为钢铁样品成分检测，尤其涉及可方便调节激光脉宽的皮秒激光器及其用作激光诱导光源脉宽连续变化的激光诱导等离子体光谱分析设备(libs)光源的用途，用于对钢铁样品成分的实时在线检测。

背景技术：

激光诱导等离子体光谱技术(laserinducedplasmaspectroscopy，lips)也称作激光诱导击穿光谱技术(laserinducedbreakdownspectroscopy，libs)，是一种以激光作为激发源诱导产生激光等离子体的原子发射光谱分析方法，是基于激光与物质相互作用物理学和光谱学的元素成分和浓度分析技术。lips是通过将一束高能量短脉冲的激光束聚焦到待检测的样品上，进而产生高温高密度并且由自由电子、离子和原子组成的激光等离子体，最后对该等离子体辐射光谱进行分析的一个过程。该方法具有许多独特的优点，如操作容易、样品处理简单、检测对象多元化(固体、液体、气体、气溶胶等)、可多元素同时分析、近似于无损检测的特性、能够检测元素周期表上绝大部分的元素、具有较高的灵敏度、无需与样品接触的纯光学方法、能远距离检测的能力等。

目前，激光诱导光源脉宽为固定皮秒数值的激光诱导等离子体光谱分析设备已经出现，但是以单一脉宽的激光器作为激光诱导光源，无法系统的分析激光诱导光源脉宽变化对产生激光诱导等离子体效果的影响。

技术实现要素：

由于现有的测量方法有以上的不足之处，为了探索不同脉宽的超短脉冲激光对钢铁样品检测结果，我们研发了一种新的实现激光脉宽在皮秒时间段一定范围内连续变化的激光诱导等离子体光谱分析设备的光源。本发明现有全固态皮秒激光振荡器中加入一对棱镜对作为激光诱导等离子体光谱分析设备的光源，通过调节棱镜对引入的啁啾数值来实现激光脉宽在皮秒范围从20皮秒到200皮秒连续变化。

一般的皮秒激光振荡器不进行色散补偿，已经可以稳定的输出皮秒激光脉冲，但是输出的皮秒激光脉冲脉宽是固定值，不可以调整。本发明在振荡器里通过调整棱镜对的相对位置就可以连续改变激光脉宽，而且由于激光束在振荡器里往返多次才会形成激光输出并且在往返中激光束的质量会自行调整，所以输出激光束的质量不会受到激光脉宽改变的影响，这样的激光束经过啁啾脉冲放大系统，可以实现最终输出激光脉宽变化而光束质量不变化。

为了克服现有的测量方法的不足之处，也为了探索不同脉宽的超短脉冲激光对钢铁样品检测结果，本发明提供一种新的可以用作激光诱导等离子体光谱分析设备(libs)光源的可以方便调节激光脉宽的皮秒激光器,其包括泵浦激光二极管、会聚透镜、激光晶体、反射镜、棱镜、端面镜和半导体可饱和吸收镜，其中棱镜为放置在电动平移台上可以调整相对位置的棱镜对，其中本发明可以用于任何合适的皮秒激光器，只要泵浦激光二极管和激光晶体相匹配就可以得到相应的激光输出波长。

为实现上述目的，在本发明中采取的技术方案如下：

一种可方便调节激光脉宽的皮秒激光器，其包括在激光输出路径上依次设置的泵浦激光二极管、会聚透镜、激光晶体、反射镜、半导体可饱和吸收镜、棱镜、端面镜，其中棱镜为放置在电动平移台上能调整相对位置的棱镜对。其中本发明可以用于任何合适的皮秒激光器，只要泵浦激光二极管和激光晶体相匹配就可以得到相应的激光输出波长。

棱镜对包括第一棱镜和第二棱镜，其相对位置的调整范围以输出激光不受影响为边界，也就是说在调整棱镜对相对位置时要通过自相关仪同时监测输出激光的脉宽，同时微调棱镜的位置，可以前后左右调整，要保证可以看到自相关仪上有激光脉宽的波形，不能出现自相关仪上激光波形丢失的情况。

优选地，所述皮秒激光器为端面泵浦的全固态皮秒激光器。

优选的，所述激光晶体本身的一个平面为激光腔的一个端面，另一个端面为端面镜，优选是透过率为5％的端面输出镜。

优选地，所述半导体可饱和吸收镜用来产生皮光信号。

优选地，所述泵浦激光二极管是泵浦源。

优选地，所述会聚透镜用于泵浦激光和激光晶体上光束截面的模式耦合。

优选地，所述泵浦激光二极管波长是808纳米，皮秒激光器输出激光的波长是1053纳米。

优选地，所述激光晶体是nd:yag。

本发明的另一个方面提供了上述皮秒激光器用作激光诱导等离子体光谱分析设备(libs)光源用于钢水样品成分检测的用途。

该激光诱导等离子体光谱分析设备可以包括本发明的上述皮秒激光器、激光导入系统、光谱导出及收集系统、分光系统和光谱接收系统，其中，光谱导出及收集系统包括光谱导出子系统及光谱收集子系统，和，其中脉冲激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制，激光器发射激光通过激光导入系统聚焦至样品处，使样品表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过光谱导出子系统将所产生的荧光导出至光谱收集子系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析以便对样品中所含元素进行定性和定量检验。

发明的有益效果

本发明的益处在于可以实现一款激光脉宽从20皮秒到200皮秒连续变化的激光诱导等离子体光谱分析设备的光源，从而为系统的分析激光诱导光源脉宽变化对产生激光诱导等离子体效果的影响打下良好的基础，作为激光诱导等离子体光谱分析设备(libs)光源用于钢水样品成分检测时，激光信号强度增强，可以提高测量精确度。能产生这样益处的原因就在于把棱镜对应用于皮秒激光振荡器，通过调节棱镜对的相对位置就可以调整啁啾数值来实现激光脉宽从20皮秒到200皮秒连续变化，从而实现一款激光脉宽从20皮秒到200皮秒可以连续变化的激光诱导等离子体光谱分析设备的光源。

附图说明

图1是本发明激光系统的结构示意图。

1为泵浦激光二极管；

2为会聚透镜；

3为激光晶体；

4为反射镜；

5为棱镜；

6为端面镜；

7为半导体可饱和吸收镜。

图2是本发明一个实施例的测量结果图，显示了随着棱镜对位置的相对变化，最终从振荡器输出的皮秒激光脉宽从20皮秒变到200皮秒，图中激光脉冲宽的单位是皮秒。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施方式来说明本发明，本领域技术人员能够领会，该说明仅用于示例的目的，不构成对本发明范围的任何限制。

如图1所示，本发明涉及一种可方便调节激光脉宽的皮秒激光器，其包括在激光输出路径上依次设置的泵浦激光二极管1、会聚透镜2、激光晶体3、反射镜4、半导体可饱和吸收镜7、棱镜5、端面镜6，其中棱镜为放置在电动平移台上能调整相对位置的棱镜对。

棱镜对包括第一棱镜和第二棱镜，其相对位置的调整范围以输出激光不受影响为边界，也就是说在调整棱镜对相对位置时要通过自相关仪同时监测输出激光的脉宽，同时微调棱镜的位置，可以前后左右调整，要保证可以看到自相关仪上有激光脉宽的波形，不能出现自相关仪上激光波形丢失的情况。

优选地，所述皮秒激光器为端面泵浦的全固态皮秒激光器。

优选的，所述激光晶体本身的一个平面为激光腔的一个端面，另一个端面为端面镜，优选是透过率为5％的端面输出镜。

优选地，所述半导体可饱和吸收镜用来产生皮光信号。

优选地，所述泵浦激光二极管是泵浦源。

优选地，所述会聚透镜用于泵浦激光和激光晶体上光束截面的模式耦合。

优选地，所述泵浦激光二极管波长是808纳米，皮秒激光器输出激光的波长是1053纳米。

优选地，所述激光晶体是nd:yag。

本发明的另一个方面提供了上述皮秒激光器用作激光诱导等离子体光谱分析设备(libs)光源用于钢水样品成分检测的用途。

该激光诱导等离子体光谱分析设备可以包括本发明的上述皮秒激光器、激光导入系统、光谱导出及收集系统、分光系统和光谱接收系统，其中，光谱导出及收集系统包括光谱导出子系统及光谱收集子系统，和，其中脉冲激光器和光谱接收系统由同一脉冲发生器发送指令控制，激光器发射激光通过激光导入系统聚焦至样品处，使样品表面形成等离子体、生成激光诱导光谱并通过光谱导出子系统将所产生的荧光导出至光谱收集子系统，通过对收集光谱的计算、处理和分析以便对样品中所含元素进行定性和定量检验。

由于本发明在皮秒激光振荡器的激光腔里通过调整棱镜对的相对位置就可以调整啁啾数值来实现激光脉宽从20皮秒到200皮秒连续变化，从而实现一款激光脉宽从20皮秒到200皮秒可以连续变化的激光诱导等离子体光谱分析设备的光源。更进一步的，本发明可以用于任何合适的皮秒激光器，只要泵浦激光二极管和激光晶体相匹配就可以得到相应的激光输出波长。

发明人根据本发明搭建了实验装置进行了实验验证，实验验证结果如图2所示，显示了随着棱镜对位置的相对变化，最终从振荡器输出的皮秒激光脉宽从20皮秒连续变到200皮秒，图中激光脉冲宽的单位是皮秒。