一种百皮秒266nm紫外消毒杀菌激光器

本技术涉及激光杀菌，特别是指一种百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器。

背景技术：

1、目前，随着疫情的不断升级变异，消毒防疫的手段也面临着严峻的考验。尤其是人口众多、人口数量大的地区，例如学校、车站、机场、酒店等地方。更考验消毒防疫手段的科学性。传统消毒手段使用75%酒精或者含氯消毒液进行消毒，该消毒方法容易产生“三致”消毒副产物，对人体危害大。且消杀不彻底，易反复，存放不安全。传统紫外光消毒技术包括紫外汞灯、紫外led消毒技术。这两种紫外技术仍存在许多缺陷。首先是启动慢，紫外汞灯需要15分钟左右光源才能达到稳定。紫外led也需要3分钟左右才能稳定工作。其次是光谱宽，紫外汞灯再250 nm左右附近存在多个光谱，紫外led光谱再250-320 nm。核酸的吸收峰再260-265 nm，反应波峰再260-269 nm。光谱范围宽导致有效波段内的激光能量不足，消杀效率低，能耗高。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，解决了现有技术中光谱范围宽导致有效波段内的激光能量不足，消杀效率低，能耗高的问题。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：一种百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，安装板上设有谐振腔，谐振腔的输出端设有第一扩束系统，第一扩束系统的输出端设有第一p偏振片；第一p偏振片水平输出端依次对应设有连接在谐振腔上的一级激光放大器、第三平凸透镜、用于转换光路方向的第二全反镜组件、四分之一波片和sbs介质池；第一p偏振片垂直输出端依次对应设有第二扩束系统、用于改变光路方向的第二全反镜组件、二级激光放大器和四倍频系统；

3、谐振腔输出的激光光斑经第一扩束系统扩束后，沿第一p偏振片进入激光放大器放大，放大后的激光光斑经第三平凸透镜聚焦，再经过第一全反镜组件改变激光光斑方向，然后经四分之一波片后进入sbs介质池进行脉冲压缩形成斯托克斯光；

4、斯托克斯光经四分之一波片、第一全反镜组件、第三平凸透镜、到达一级激光放大器放大后，再经第一p偏振片进入第二扩束系统，再经第二全反镜组件进入二级激光放大器再次放大，而后进入四倍频系统，并经四倍频系统后输出266nm紫外激光。

5、进一步的，所述谐振腔包括第一全反镜、第二p偏振片和部分反射镜，第二p偏振片和第一全反镜位于激光放大器的右侧、且与激光放大器上的小孔光阑相对应，部分反射镜位于激光放大器的左侧、且激光放大器上的被动调q晶体相对应；激光放大器射出的激光沿激光放大器的光传输方向，使得激光在部分反射镜与第一全反镜之间振荡并通过部分反射镜射出p偏振光。

6、进一步的，所述第一扩束系统包括与部分反射镜对应的第一平凹透镜，第一平凹透镜输出方向依次设有第二全反镜、第三全反镜和第一平凸透镜，第一平凹透镜和第一平凸透镜均位于激光放大器的左侧，第二全反镜与第一平凹透镜相对应，第三全反镜与第一平凸透镜相对应，第三全反镜位于第二全反镜的上方并与第二全反镜相对应，射入第二全反镜偏振光经第三全反镜射出的偏振光的光路方向相反。

7、进一步的，所述第二扩束系统包括第二平凹透镜、第二平凸透镜和与第一p偏振片对应的第六全反镜，第六全反镜、第二平凹透镜、第二平凸透镜依次设置在同一水平线上，且第二平凸透镜与第二全反镜组件相对应。

8、进一步的，所述第二全反镜组件包括第七全反镜和第八全反镜，第七全反镜与第二平凸透镜相对应，第八全反镜与二级放大器的输入端相对应，射入第七全反镜偏振光经第八全反镜射出的偏振光的光路方向相反，完成光路方向的改变。

9、进一步的，所述第一全反镜组件包括第四全反镜和第五全反镜，第四全反镜与第三平凸透镜相对应，第八全反镜与四分之一波片相对应，射入第七全反镜偏振光经第八全反镜射出的偏振光的光路方向相反，完成光路方向的改变。

10、进一步的，所述四倍频系统包括第九全反镜，第九全反镜的输入端依次设有1064nm和532 nm分光镜和ktp晶体，1064nm和532 nm分光镜和ktp晶体位于第九全反镜的右侧，且ktp晶体与二级放大器的输出端相对应；第九全反镜的输入端依次设有bbo晶体和532nm和266 nm分光镜，经过二级放大器放大后的斯托克斯光沿ktp晶体、1064nm和532 nm分光镜、bbo晶体和532 nm和266 nm分光镜输出266nm紫外激光。

11、进一步的，所述第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜、第四全反镜、第五全反镜、第六全反镜、第七全反镜和第八全反镜均为1064 nm全反镜，第九全反镜为532 nm全反镜。所述激光放大器为单灯双棒激光器，二级放大器为单灯单棒激光器。

12、本实用新型的有益效果为：本装置启动快、光谱窄、方向性好、效率高、环保和存放安全。激光由谐振腔出射后经过第一扩束系统将激光光斑扩束后、再次进入一级激光放大器放大，输出后通过第三平凸透镜和四分之一波片后进入sbs介质池进行脉冲压缩形成斯托克斯光。反向输出的斯托克斯光原路返回经过激光放大器由p偏振片与第六全反镜输入到第二扩束系统进行扩束，将光斑直径扩到10 mm左右进入二级激光放大器进行放大，输出光经过ktp晶体和bbo晶体组成的四倍频系统进行倍频，最后输出266 nm紫外激光最高达到55.92 mj。整个激光器长580 mm，宽280 mm十分紧凑。采用单灯双棒的激光器作为一级激光器放大结构，单灯单棒激光器作为二级激光器放大结构，能够实现激光光斑的两次放大。

技术特征：

1.一种百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，包括安装板，其特征在于：安装板上设有谐振腔，谐振腔的输出端设有第一扩束系统，第一扩束系统的输出端设有第一p偏振片（9）；第一p偏振片（9）水平输出端依次对应设有连接在谐振腔上的一级激光放大器（10）、第三平凸透镜（11）、用于转换光路方向的第二全反镜（6）组件、四分之一波片（14）和sbs介质池（15）；第一p偏振片（9）垂直输出端依次对应设有第二扩束系统、用于改变光路方向的第二全反镜（6）组件、二级激光放大器（21）和四倍频系统；

2.根据权利要求1所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述谐振腔内设有激光放大器（3）、第一全反镜（1）、第二p偏振片（2）和部分反射镜（4），第二p偏振片（2）和第一全反镜（1）位于激光放大器（3）的右侧、且与激光放大器（3）上的小孔光阑（27）相对应，部分反射镜（4）位于激光放大器（3）的左侧、且与激光放大器（3）上的被动调q晶体（28）相对应；激光放大器（3）射出的激光沿激光放大器（3）的光传输方向，使得激光在部分反射镜（4）与第一全反镜（1）之间振荡并通过部分反射镜（4）射出p偏振光；一级激光放大器（10）连接在激光放大器（3）的上部。

3.根据权利要求2所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述第一扩束系统包括与部分反射镜（4）对应的第一平凹透镜（5），第一平凹透镜（5）输出方向依次设有第二全反镜（6）、第三全反镜（7）和第一平凸透镜（8），第一平凹透镜（5）和第一平凸透镜（8）均位于激光放大器（3）的左侧，第二全反镜（6）与第一平凹透镜（5）相对应，第三全反镜（7）与第一平凸透镜（8）相对应，第三全反镜（7）位于第二全反镜（6）的上方并与第二全反镜（6）相对应，射入第二全反镜（6）的p偏振光和经第三全反镜（7）射出的p偏振光的光路方向相反。

4.根据权利要求3所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述第二扩束系统包括第二平凹透镜（17）、第二平凸透镜（18）和与第一p偏振片（9）对应的第六全反镜（16），第六全反镜（16）、第二平凹透镜（17）、第二平凸透镜（18）依次设置在同一水平线上，且第二平凸透镜（18）与第二全反镜（6）组件相对应。

5.根据权利要求4所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述第二全反镜组件包括第七全反镜（19）和第八全反镜（20），第七全反镜（19）与第二平凸透镜（18）相对应，第八全反镜（20）与二级激光放大器（21）的输入端相对应，射入第七全反镜（19）的斯托克斯光的光路方向和经第八全反镜（20）射出的斯托克斯光的光路方向相反，完成光路方向的改变。

6.根据权利要求4或5所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述第一全反镜（1）组件包括第四全反镜（12）和第五全反镜（13），第四全反镜（12）与第三平凸透镜（11）相对应，第八全反镜（20）与四分之一波片（14）相对应，射入第四全反镜（12）的激光光路方向和经第五全反镜（13）射出的激光的光路方向相反，完成光路方向的改变。

7.根据权利要求6所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述四倍频系统包括第九全反镜（24），第九全反镜（24）的输入端依次设有第一分光镜和ktp晶体（22），第一分光镜和ktp晶体（22）位于第九全反镜（24）的右侧，且ktp晶体（22）与二级激光放大器（21）的输出端相对应；第九全反镜（24）的输入端依次设有bbo晶体（25）和第二分光镜，经过二级激光放大器（21）放大后的斯托克斯光沿ktp晶体（22）、第一分光镜、bbo晶体（25）和第二分光镜输出266nm紫外激光。

8.根据权利要求7所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：第一分光镜为1064nm和532 nm分光镜（23），所述第二分光镜为532 nm和266 nm分光镜（26）。

9.根据权利要求8所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述第一全反镜（1）、第二全反镜（6）、第三全反镜（7）、第四全反镜（12）、第五全反镜（13）、第六全反镜（16）、第七全反镜（19）和第八全反镜（20）均为1064 nm全反镜，第九全反镜（24）为532 nm全反镜。

10.根据权利要求1~5、7~9任一项所述的百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，其特征在于：所述一级激光放大器（10）为单灯双棒激光器，二级激光放大器（21）为单灯单棒激光器。

技术总结
本技术公开了一种百皮秒266 nm紫外消毒杀菌激光器，解决了现有技术中光谱范围宽导致有效波段内的激光能量不足，消杀效率低，能耗高的问题。本技术包括安装板，安装板上设有谐振腔，谐振腔的输出端设有第一扩束系统，第一扩束系统的光路输出端设有第一P偏振片；第一P偏振片水平输出端依次对应设有设置在谐振腔的激光放大器、第三平凸透镜、用于转换光路方向的第二全反镜组件、四分之一波片和SBS介质池，所述第三平凸透镜位于谐振腔的上方，第二全反镜位于谐振腔的右侧，四分之一波片与SBS介质池均位于谐振腔的下方。本装置启动快、光谱窄、方向性好、效率高、环保和存放安全。

技术研发人员：于宇,于恒哲,吴頔,许志鹏,李凯
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：20221210
技术公布日：2024/1/12