[发明专利]一种测量ArF准分子激光器腔内温度的光纤光栅传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种ArF准分子激光器，尤其涉及一种实时监测ArF准分子激光器腔内温度的光纤光栅传感器，属于光纤传感领域。

背景技术

在ArF准分子激光器中，作为激光工作增益介质的气体存在最佳温度范围，在该温度范围内，激光器具有较高的能量转换效率和输出能量稳定性，所以输出激光的性能在一定程度上取决于放电腔的工作温度。而在准分子激光器工作时，高压气体放电及风机运转等会引入大量废热，导致腔内温度升高，若不能采取有效的散热措施，会导致激光输出质量下降，激光器能量转换效率和稳定性也会受到很大影响。因此需要对腔内温度进行实时监测以便采取相应措施进行温控(如：确定散热器的安放位置和散热量)。但是，由于工作气体F²具有强腐蚀性，常规的测温方法都不再适用。

目前测量准分子激光器腔内温度大多依靠表面镀镍的铂热电阻实现，测量灵敏度较低，受外界因素影响较大，且多点测温时，各点都要安放感应装置、控制装置等，设备复杂，系统庞大。光纤光栅作为一种波长选择反射器，反射光波长会受环境变化的影响从而产生移动，利用这一特性可以精确的探测温度、应力、位移等物理量，且本质安全、重量轻、体积小、抗电磁干扰、抗高温、抗高压、灵敏度高，已被成功应用于建筑、隧道、梯坝、电网、油罐等生产生活的诸多领域。

利用光纤光栅进行ArF准分子激光腔内温度测量时，由于腔内具有强腐蚀性物质，且腔内压强较高，光纤光栅不能直接裸露接触，所以测试前需要对光纤光栅进行一定的封装处理。

申请号为200410018765.4的中国发明专利中提到了一种光纤光栅温度传感器及其制造方法，但是这种传感器金属腔的两端均直接用环氧树脂等固化剂密封，无法用于高压、高腐蚀性环境。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的光纤光栅温度传感器无法用于密封高压、强腐蚀性环境的问题。

(二)技术方案

本发明提供一种封装简单，无机械运动的长寿命的用于精确测量ArF准分子激光器腔内温度的光纤光栅传感器。

本发明提供的光纤光栅传感器，用于精确测量激光腔内温度并实施相应的热管理。本发明所述的热管理即对激光器腔内温度进行实时监控，从而采取相应的温控冷却方案，以尽量避免各种热致激光输出质量、能量转换效率和稳定性等的下降。

本发明提供的光纤光栅温度传感器能屏蔽压力等其他物理量，只单独监测温度这一个物理量，以达到精确测量ArF准分子激光器腔内温度的目的。

本发明提供的光纤光栅温度传感器体积小巧轻便，基本不会对所测环境的气流场等产生影响。

本发明提供一种精确测量ArF准分子激光器腔内温度的光纤光栅传感器，包括：表面镀镍的不锈钢管、再涂覆后的光纤光栅传感头、充满所述不锈钢管内部的导热胶，所述光纤光栅传感头的一端连接传输光纤；由所述光纤光栅传感头、与所述光纤光栅传感头一端连接的传输光纤以及充满不锈钢管内部的导热胶组成的光纤光栅传感元；所述不锈钢管封装所述光纤光栅传感元；

所述的不锈钢管一端不开口，另外一端开口供光纤信号导出，其中要插入待测激光腔壳体的不锈钢管一端是不开口的，以抵抗激光腔内高压，并隔离强腐蚀气体。

所述不锈钢管的开口端设置光缆衔接管以及顶端凸出的出线管。在所述不锈钢管的周圈设置有固定环臂、固定环臂上设置有固定螺孔，固定环臂内侧设置有密封圈。

所述构成光纤光栅传感头的光敏光纤是再涂覆结构，其制作过程为：首先在去除涂覆层的裸光敏光纤上刻写光纤光栅，然后利用涂覆液对其进行再涂覆，以增强其机械性能并保护光栅不与外界直接接触。

所述光纤光栅传感头的一端与传输光纤是通过熔接而连接。

所述不锈钢管为表面镀镍的耐氟材料，厚度为2mm以上，管外径略小于激光腔壳体所预留的测量孔直径，管内径尺寸足够放置光纤光栅及导热硅胶。

所述不锈钢管不开口一端插入待测激光腔壳内后，所述固定环臂、固定螺孔用于将传感器与激光腔壳体固定，其中激光腔壳体上有与固定螺孔对应的固定螺纹。

所述密封圈为耐氟橡胶材料，缠绕于固定环臂内侧并置于固定环臂和激光腔壳体之间，以便密封激光腔壳体，防止腔内高压有毒气体泄露。

本发明设计的传感器中，不锈钢管隔离了强腐蚀性物质，并屏蔽了外界压力等的影响，所测结果仅为温度量，增加了测量的精准性；体积小巧轻便，基本不会对所测环境的气流场等产生影响；并且光纤光栅处于自由状态，这样使得光纤光栅传感头不含有复杂的机械传动机构，使得本发明的传感器可靠性高，寿命长。