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小型化激光诱导水凝结模拟装置.pdf

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小型化 激光 诱导 凝结 模拟 装置
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摘要
申请专利号:

CN201710105521.7

申请日:

2017.02.26

公开号:

CN106680213A

公开日:

2017.05.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 著录事项变更IPC(主分类):G01N 21/17变更事项:发明人变更前:刘永宏 孙海轶 鞠晶晶 胡兴凯 李鹏华 王成 刘建胜 冷雨欣 李儒新变更后:刘永宏 刘建胜 孙海轶 冷雨欣|||实质审查的生效IPC(主分类):G01N 21/17申请日:20170226|||公开
IPC分类号: G01N21/17 主分类号: G01N21/17
申请人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
发明人: 刘永宏; 孙海轶; 鞠晶晶; 胡兴凯; 李鹏华; 王成; 刘建胜; 冷雨欣; 李儒新
地址: 201800 上海市嘉定区上海市800-211?#25910;?#20449;箱
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 31317 代理人: 张宁展
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法律状态
申请(专利)号:

CN201710105521.7

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.01.30|||2017.06.09|||2017.05.17

法律状态类型:

著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

一种小型化激光诱导水凝结模拟装置,特点是所述的腔室是采用六块紫铜块合成的小型六面体封闭腔,腔室顶和底的紫铜块的内壁均设有多个密布的小槽,顶和底的紫铜块的外表面都和半导体制冷片的冷却面充分接触,所述的半导体制冷片的散热面充分接触于紫铜块散热片,所述的半导体制冷片以串联的方式通过导线串联后与所述的直流电流源相连,所述腔室的一个侧面还设有湿度调节通道与湿度调节装置相连。这种装置结构更加紧凑,简单,整个装置更加微型化,便于移动,能够实现无温度梯度的低温环境,可适用于更加便捷的研究分析激光诱导水凝结现象。

权利要求书

1.一种小型化激光诱导水凝结模拟装置,该装置包括:飞秒激光器(1)、透镜(2)、腔室
(4)、光束收集装置(10)、温湿度探测装置(12)、直流电源(15);所述的腔室(4)的四个侧面
的中心分别设有第一激光窗口(3)、第一激光观察窗口(5)、第二激光窗口(7)和第二激光观
察窗口(6),该四个窗口均通过石英玻璃密封,所述腔室(4)的一个侧面设有温湿度探测通
道(8)与所述的温湿度探测装置(12)相连,沿所述的飞秒激光器(1)输出的激光光束方向依
次是所述的透镜(2)、第一激光窗口(3)、第二激光窗口(7)和光束收集装置(10),所述的飞
秒激光器(1)发射的激光光束,经过所述的透镜(2)聚焦在所述的封闭腔室(4)中央形成等
离子体通道,其特征在于:
所述的腔室(4)是采用六块紫铜块合成的小型六面体封闭腔,在所述的腔室(4)顶的紫
铜块和底的紫铜块的内壁均设有多个密布的小槽(16),所述的腔室(4)的顶的紫铜块和底
的紫铜块的外表面都和半导体制冷片(14)的冷却面充分接触,所述的半导体制冷片(14)的
散热面充分接触于紫铜块散热片(13),所述的半导体制冷片(14)以串联的方式通过导线串
联后与所述的直流电流源(15)相连,所述腔室(4)的一个侧面还设有湿度调节通道(9)与湿
度调节装置(11)相连。

说明书

小型化激光诱导水凝结模拟装置

技术领域

本发明涉及激光诱导水凝结,特别是一种小型化激光诱导水凝结模拟装置。

背景技术

近年来,随着飞秒激光技术的日渐成熟,超强超短激光脉冲在远程遥感,雷电控制
以及激光诱导水凝结等天气方面的应用引起了人们的广泛关注。超强超短激光脉冲在介质
中起源于光克尔效应产生的自聚焦和等离子体形成的散聚焦效应的一个动态平衡。这种动
态平衡形成的等离子体通道俗?#21697;?#31186;光丝,飞秒光丝能够产生超连续白光,形成锥形辐射
以及钳制光强等特性,基于激光光丝这些独特的性?#21097;?#23548;致超强超短激光脉冲对飞秒激光
诱导水凝结方面有巨大潜在的应用。因此,开展相关的基础研究和应用探索研究具有十分
重要的意义。

目前,关于激光诱导水凝结在外场和实验室中的相关研究已经有很多报道[参见
文献1:J.Kasparian,M.Rodriguez,G.Méjean,J.Yu,E.Salmon,H.Wille,R.Bourayou,
S.Frey,Y.-B.André,A.Mysyrowicz,R.Sauerbrey,J.-P.Wolf,and L.“White-
light filaments for atmospheric analysis,”Science 301(5629),61–64(2003);2:
P.Rohwetter,J.Kasparian,K.Stelmaszczyk,Z.Hao,S.Henin,N.Lascoux,W.M.Nakaema,
Y.Petit,M.Queiβer,R.Salamé,E.Salmon,L.and J.-P.Wolf,“Laser-induced
water condensation in air,”Nat.Photonics 4(7),451–456,2010;3:S.Henin,Y.Petit,
P.Rohwetter,K.Stelmaszczyk,Z.Q.Hao,W.M.Nakaema,A.Vogel,T.Pohl,F.Schneider,
J.Kasparian,K.Weber,L.and J.-P.Wolf,“Field measurements suggest the
mechanism of laser-assisted water condensation,”Nat.Commun.2,456,2011]。而对于
激光诱导水凝结在云雾室中的研究,目前,普遍采用在云室?#35013;?#19979;面盘冷凝管,然后通过压
缩机压缩冷却冷凝管的方式来调整腔室的环境温度,这种结构复杂,成本较高。另外,也有
通过干冰制冷的方式调节云雾室内的温度,干冰由于其易挥发等特点,在制冷方面有广泛
的应用。干冰制冷的方法操作简易,成本也比较低,但是由于其极易挥发,升华会释放大量
的二氧化碳气体,所以利用干冰制冷不能在密封性能好、体积较小的容器中,容易引起爆
炸,同时,干冰制冷不能够精准的控制云雾室的环境温度。

在前面的基础上,我们最近提出了一种半导体制冷组件控制的激光诱导水凝结的
模拟?#20302;常?#21442;见专利:授权号:ZL201510398978.2。该?#20302;?#23613;管操作安全方便,但是结构上还
是相对繁琐,整个腔室较为庞大,笨重,?#20063;?#23481;?#36164;?#29616;无温度梯度的低温环境。

发明内容

本发明提出一种小型化的激光诱导水凝结模拟装置,该装置采用紫铜块构造的小
型腔室,装置结构更加简单,小巧,调节更加简捷,移动更加方便,能够实现无温度梯度的低
温环境,可适用于不同条件下激光诱导水凝结实验研究。

本发明的技术解决方案如下:

一种小型化激光诱导水凝结模拟装置,该装置包括:飞秒激光器、透镜、腔室、光束
收集装置、温湿度探测装置和直流电源;所述的腔室的四个侧面的中心分别设有第一激光
窗口、第一激光观察窗口、第二激光窗口和第二激光观察窗口,该四个窗口均通过石英玻璃
密封,所述腔室的一个侧面设有温湿度探测通道与所述的温湿度探测装置相连,沿所述的
飞秒激光器输出的激光光束方向依次是所述的透镜、第一激光窗口、第二激光窗口和光束
收集装置,所述的飞秒激光器发射的激光光束,经过所述的透镜聚焦在所述的封闭腔室中
央形成等离子体通道,其特点在于:

所述的腔室是采用六块紫铜块合成的小型六面体封闭腔,在所述的腔室顶的紫铜
块和底的紫铜块的内壁均设有多个密布的小槽,所述的腔室的顶的紫铜块和底的紫铜块的
外表面都和半导体制冷片的冷却面充分接触,所述的半导体制冷片的散热面充分接触于紫
铜块散热片,所述的半导体制冷片以串联的方式通过导线串联后与所述的直流电源相连,
所述腔室的一个侧面还设有湿度调节通道与湿度调节装置相连。

所述的腔室顶的紫铜块和底的紫铜块的内壁均设有多个密布的小槽是用来增加
所述腔室内环境气体的接触面积,从而提高所述半导体制冷片对腔室内的制冷效果,所述
腔室的一个侧面设有温湿度探测通道和湿度调节通道;

所述的调节湿度装置,调节所述的腔室内的环境湿度。

与现有技术相比,本发明具有如下的显著特点:

1、本发明所述的腔室是采用六块紫铜块合成的小型六面体封闭腔,这种装置结构
更加合理,结构更加紧凑,整个激光诱导水凝结装置更微型化;

2、本发明的腔室的顶层和底层外表面全部均匀覆盖半导体制冷片,既有效的调节
了腔室内的环境温度,又消除了环境温度梯度,且能实现低温环境,通过改变加在所述的半
导体制冷片的电流可实现连续调节腔室内的环境温度。

3、本发明装置不仅能够较好的实现不同环?#25345;?#30340;激光诱导水凝结的基础研究;而
且这种激光诱导模拟水凝结的装置移动更加方便和快捷。

附图说明

图1为本发明小型化激光诱导水凝结模拟装置的结构立体图;

图2为封闭腔室顶层和底层半导体制冷面AA?#36866;?#22270;;

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明,但不应因此限制本发明的保护范
围。

参阅图1,图1为本发明小型化激光诱导水凝结模拟装置的结构立体图,如图所示,
本发明小型化激光诱导水凝结模拟装置,该装置包括:飞秒激光器1、透镜2、腔室4、光束收
集装置10、温湿度探测装置12和直流电源15;所述的腔室4的四个侧面的中心分别设有第一
激光窗口3、第一激光观察窗口5、第二激光窗口7和第二激光观察窗口6,该四个窗口均通过
石英玻璃密封,所述腔室4的一个侧面设有温湿度探测通道8与所述的温湿度探测装置12相
连,沿所述的飞秒激光器1输出的激光光束方向依次是所述的透镜2、第一激光窗口3、第二
激光窗口7和光束收集装置10,所述的飞秒激光器1发射的激光光束经过所述的透镜2聚焦
在所述的封闭腔室4中央形成等离子体通道,其特点在于:

所述的腔室4是采用六块紫铜块合成的小型六面体封闭腔,在所述的腔室4顶的紫
铜块和底的紫铜块的内壁均设有多个密布的小槽16,所述的腔室4的顶的紫铜块和底的紫
铜块的外表面都和半导体制冷片14的冷却面充分接触,所述的半导体制冷片14的散热面充
分接触于紫铜块散热片13,所述的半导体制冷片14以串联的方式通过导线串联后与所述的
直流电源15相连,所述腔室4的一个侧面还设有湿度调节通道9与湿度调节装置11相连。

通过连续改变加在所述的半导体制冷片14上的电流,可连续调节所述的腔室4内
的环境温度。

所述的湿度调节装置11调节所述的封闭腔室4内的环境湿度。

图2为本发明中为半导体制冷组件AA?#36866;?#22270;,如图所示,所述的腔室4顶层和底层
自外而内由紫铜块散热片13、半导体制冷片14和腔室顶层内表面和底层内表面构成,所述
的半导体制冷片14分别与所述的封闭腔室4顶层与所述的半导体散热片13相固定,所述的
半导体制冷片14分别与所述的封闭腔室4底层与所述的半导体散热片13相固定。

经试验表明,本发明可以通过调节加在所述的半导体制冷片上的电流,能够有效
调节所述的腔室内的环境温度,很好的消除了腔室内的环境温度梯度,使得腔室可实现恒
温、低温环境;通过调节湿度装置,很好的控制了所述的腔室内的环境湿度。从而实现恒温、
低温条件下的激光诱导水凝结。

本发明可模拟不同的实验环境,结构更加紧凑,简单,整个装置更加微型化,便于
移动,能够实现无温度梯度的低温环境。其实质属于超强超短飞秒激光技术,适用于人工研
究降雨降雪的基础研究和应用研究。

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