高重频大能量可调谐激光循环系统的控制方法及该系统的流速验证方法

文档序号:9617966
高重频大能量可调谐激光循环系统的控制方法及该系统的流速验证方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种激光循环系统,用于高重频、大能量的可调谐激光输出的染料循 环。
【背景技术】
[0002] 自从激光光源发明以来,其单色性好,亮度高的特性为人们的生产及生活带来了 巨大的便利。随着激光光源应用的日益广泛,为拓展其应用范围,输出波长在一定波段范围 内连续可调谐的可调谐激光已成为激光技术的研究热点。但目前的可调谐激光工作物质主 要为液体激光染料,有机染料分子在大能量栗浦激光的作用下极易发生分解而导致染料变 性。因此必须利用高效的循环系统以控制有机染料分子处于激光栗浦光斑区域内的时间。 特别是在一些特殊的应用场合,如远距离光谱诊断、同位素分离等方面,需要高重频、大能 量的可调谐激光光源。这对可调谐激光染料的循环技术提出了更高的要求。满足高重频、 大能量的可调谐激光输出的染料循环技术已成为限制发展的瓶颈技术问题。
[0003] 现有的可调谐激光的循环系统必须获得染料分子的受激发射截面、三重态吸收截 面、系际交叉系数等微观物理参数,根据最长容许持续栗浦时间获得最小流速,对流速进行 控制,而实际中获得上述相关微观参数的过程和方法比较复杂及困难,且在实际应用中发 现存在流速过高导致的可调谐激光输出稳定性降低的问题。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是为了解决现有可调谐激光的循环系统的控制过程复杂的问题,本 发明提供一种高重频大能量可调谐激光循环系统的控制方法及该系统的流速验证方法。
[0005] 本发明的高重频大能量可调谐激光循环系统的控制方法,所述循环系统包括控制 系统、循环栗、循环染料池和流速压力检测器;所述控制方法包括如下步骤:
[0006] 步骤一:根据需求,确定循环染料池中的液体染料的高度h和黏滞系数η ;
[0007] 步骤二:设置液体染料的流动方向与栗浦激光方向和调谐激光方向三者相互垂 直;
[0008] 步骤三:根据雷诺参数Re= n h/v,使雷诺参数R e〈2000,获得液体染料控制流速 v ;
[0009] 步骤四:根据获得液体燃料控制流速V,控制系统向控制循环染料池中的循环栗 发出流速控制指令;
[0010] 步骤五:利用循环染料池中的流速压力检测器检测实际流速,判断获得的实际流 速与控制流速V之差是否达到预设要求,若是,控制系统按照获得的实际流速进行控制;若 否,控制系统对实际流速与控制流速V进行比对,基于负反馈原理修正流速控制指令,重复 该步骤。
[0011] 所述步骤三,在雷诺参数Ιζ〈2000的范围内,取液体染料控制流速v能实现的最大 值。
[0012] 所述步骤五还包括:若可调谐激光循环系统工作状况异常,则由控制系统发出警 报提示,若该状况异常超过设定时间未处理,则控制可调谐激光循环系统停止工作。
[0013] 所述状况异常包括超过预定时间实际流速与控制流速v差达不到预设要求、实际 流速过低于预设范围和流速压力检测器检测压力异常。
[0014] 高重频大能量可调谐激光循环系统的流速验证方法,所述方法包括:
[0015] 步骤一:根据待验证的可调谐激光循环系统,确定循环染料池中的液体染料的高 度h和黏滞系数Π ;根据雷诺参数Ιζ= rih/Vl,使雷诺参数Ιζ〈2000,获得液体染料流速v1;
[0016] 步骤二:在雷诺参数Ιζ〈2000的范围内,取液体染料流速Vl能实现的最大值;
[0017] 步骤三:根据公式
,获得液体染料最小流速v2,其中,P为液体 染料浓度,1为栗浦激光斑横向尺度,S为循环染料池中横截面积,σ τ为染料分子的受激发 射截面,KST为系际交叉系数,σ 三重态吸收截面;
[0018] 步骤四:判断待验证的可调谐激光循环系统的流速ν是否在最大流速^和最小流 速v2范围内,若是,则可调谐激光循环系统在流速v下可行,若否,则可调谐激光循环系统 在流速v下不可行。
[0019] 本发明的有益效果在于,本发明将流体力学中的雷诺参数引入到本发明中,用于 设置流速,以雷诺数2000作为可调谐激光染料循环系统流速设计指标参数。在雷诺数低于 2000的前提下,可调谐激光染料循环系统流速越快越好。雷诺数低于2000为层流状态,这 时激光染料溶液流动状态稳定,对应可调谐激光输出最为稳定,且流速越接近层流临界条 件,染料的使用寿命越高。与现有技术相比本发明简化了获取流速的方法,且给出了流速控 制的上限。也可根据本专利的流速控制方法对拟输出高重频大能量可调谐激光的可行性开 展论证工作。若由雷诺数获得的循环系统流速值低于传统的基于最长容许持续栗浦时间方 式获得的循环系统流速值,则说明该可调谐激光循环系统不能够稳定工作。因此与目前的 理论流速获得方法相比,本发明的方法更具有实际可操作意义。
【附图说明】
[0020] 图1为【具体实施方式】中液体染料的流动方向与栗浦激光方向和调谐激光方向三 者相互垂直的原理示意图。
[0021] 图2为【具体实施方式】中可调谐激光循环系统的原理示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述的高重频大能 量可调谐激光循环系统的控制方法,所述循环系统包括控制系统、循环栗、循环染料池和流 速压力检测器;所述控制方法包括如下步骤:
[0023] 步骤一:根据需求,确定循环染料池中的液体染料的高度h和黏滞系数II ;
[0024] 液体染料的高度h和黏滞系数Π 是可以通过实际测量获得的,例如测量循环系统 管径获得液体染料的高度h ;
[0025] 步骤二:设置液体染料的流动方向与栗浦激光方向和调谐激光方向三者相互垂 直,如图1所示;
[0026] 步骤三:根据雷诺参数Ιζ= n h/v,使雷诺参数R e〈2000,获得液
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