一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器

1.本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器。


背景技术：

2.文物保护是历史遗产保护工作中的重要组成部分。文物承载的艺术、历史、科学价值不断帮助我们学习、认识历史文化。但是，经过时间的推移，文物本身因其质地相对脆弱易受损，再加之外部环境或储存方式不当等对其产生了众多不同因素而导致的损害或污染，比如常见的文物的老化现象，包括泛黄，变脆、污渍、霉菌、褪色等。为了保护或修复其历史遗产，我们有必要重视研究文物保护中的清洗工作。
3.现如今，常用的清洗法为机械法清洗和清洗液清洗。发展清洗文物的新技术和新手段对文物保护具有重要的意义。纸质文物保护工作中，激光清洗也具有一定的优势。在清洗工作中，激光器与属于非接触式清洗，不会发生因接触而产生的再度损伤。而且，激光器在文物保护工作过程中无毒、无污染，高度符合环保要求。此外，可以设计能量高、脉宽窄、热损伤小的激光器以用于文物清洗。另外，激光清洗时，操作区域精确高、可重复性好。因此，激光纸质文物清洗损害小、效率高。
4.目前用于纸质文物清洗的激光器多是nd：yag纳秒激光器，所发出的激光经过放大后，能量可以达到毫焦量级，达到激光清洗文物的能量要求。但是，脉冲宽度仅为纳秒，脉冲较宽，不能实现精细清洗。如果针对nd： yag激光器应用被动调q技术，脉冲输出的宽度可以缩小到百皮秒量级，可以实现精细清洗，但是这就需要应用能量放大器将单脉冲能量由微焦提升到毫焦，导致激光器价格昂贵，设备复杂、体积大。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，本实用新型提供了一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，该激光器种子源输出能量可以达到毫焦量级，不再需要放大级，包括泵浦源、光纤、跳线头、聚焦耦合系统、键合晶体、输出镜，泵浦源发出第一激光，第一激光依次经光纤、跳线头、聚焦耦合系统，进入键合晶体，键合晶体为yb:yag/cr
4
:yag晶体，键合晶体发出第二激光，第二激光经所述输出镜输出；在键合晶体靠近聚集耦合系统的一端面上镀有针对 940纳米波长光的增透膜和针对1030纳米波长光的高反膜。
6.更进一步地，第一激光的波长为940纳米。
7.更进一步地，键合晶体中yb：yag的掺杂浓度为10％。
8.更进一步地，输出镜的反射、输出比为70:30。
9.更进一步地，光纤为单模光纤。
10.本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，包括泵浦源、光纤、跳线头、聚焦耦合系统、键合晶体、输出镜，泵浦源发出第一激光，第一激光依次经光纤、跳线头、聚焦耦合系统，进入键合晶体，键合晶体为yb:yag/cr
4
:yag
晶体，键合晶体发出第二激光，第二激光经所述输出镜输出；在键合晶体靠近聚集耦合系统的一端面上镀有针对940纳米波长光的增透膜和针对1030纳米波长光的高反膜。在本实用新型中，应用光纤和跳线头连接泵浦源和聚焦耦合系统，并在键合晶体靠近跳线头的一端面上镀有针对940纳米波长光的增透膜和针对 1030纳米波长光的高反膜，替代了输入镜，并且使用了直腔结构，这些使得激光器的体积小、容易携带，并且降低了成本，在文物清洗方面具有良好的应用前景。
11.以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
12.图1是一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器的示意图。
13.图2是一种用于文物清洗的操作台的示意图。
14.图中：1、泵浦源；2、光纤；3、跳线头；4、聚焦耦合系统；5、键合晶体；6、输出镜；7、底座；8、支柱；9、台面。
具体实施方式
15.为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。
16.本实用新型提供了一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，如图1 所示，包括泵浦源1、光纤2、跳线头3、聚焦耦合系统4、键合晶体5、输出镜6。泵浦源1发出第一激光。泵浦源1的泵浦方式采用半导体端面泵浦，泵浦源1的最大输出功率为60w。第一激光的波长为940纳米。第一激光依次经光纤2、跳线头3、聚焦耦合系统4，进入键合晶体5。也就是说，第一激光经光纤2耦合且由跳线头3输出。聚焦耦合系统4采用商用系统，在此不再赘述。在应用中，也可以由聚焦镜充当聚集耦合系统4。键合晶体 5为yb:yag/cr
4
:yag晶体。键合晶体5中yb：yag的掺杂浓度为10％，初始透射率为80-90％。键合晶体5发出第二激光。第二激光处于1微米波段。具体地，第二激光的波长为1030纳米。第二激光经输出镜6输出。输出镜 6的反射、输出比为70:30。在键合晶体5靠近聚集耦合系统4的一端面上镀有针对940纳米波长光的增透膜和针对1030纳米波长光的高反膜，作为输入镜。
17.在本实用新型中，应用光纤2和跳线头3连接泵浦源1和聚焦耦合系统4，并在键合晶体5靠近聚集耦合系统4的一端面上镀有针对940纳米波长光的增透膜和针对1030纳米波长光的高反膜，替代了输入镜，并且使用了直腔结构，这些使得激光器的体积小、容易携带，并且降低了成本，在纸质文物清洗方面具有良好的应用前景。
18.在本实用新型中，yb:yag/cr
4
:yag晶体中，yb:yag晶体充当增益介质， cr
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:yag晶体充当吸收体，通过热键合技术制备而得yb:yag/cr
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:yag晶体。 yb:yag/cr
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:yag晶体有益于实现短谐振腔设计，相对于长腔结构，该短腔腔内损耗小，且有利于进一步获得窄的脉冲宽度，以便获得高峰值功率脉冲输出。
19.更进一步地，在yb:yag/cr
4
:yag晶体的后端放入镀有940纳米高反、 1030纳米高透的膜系结构，其作为输出镜，该输出镜是30％比例输出。该输出脉冲的脉宽在亚纳秒量级、脉冲能量毫焦量级，应用于清洗文物。
20.更进一步地，光纤2为单模光纤，以便于更集中地聚集光能量，实现更小的光斑，空
间分辨率更高地清洗文物。
21.此外，本实用新型还提供了一种用于文物清洗的操作台，如图2所示，该操作台包括底座7、支柱8、台面9。支柱8固定在底座7上，台面9固定在支柱7上。应用时，纸质文物置于台面9上，第二激光垂直照射到纸质文物上。
22.以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。


技术特征：
1.一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，其特征在于，包括泵浦源、光纤、跳线头、聚焦耦合系统、键合晶体、输出镜，所述泵浦源发出第一激光，所述第一激光依次经所述光纤、所述跳线头、所述聚焦耦合系统，进入所述键合晶体，所述键合晶体为yb:yag/cr
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:yag晶体，所述键合晶体发出第二激光，所述第二激光经所述输出镜输出；在所述键合晶体靠近所述聚焦耦合系统的一端面上镀有针对940纳米波长光的增透膜和针对1030纳米波长光的高反膜。2.如权利要求1所述的用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，其特征在于：所述第一激光的波长为940纳米。3.如权利要求1所述的用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，其特征在于：所述输出镜的反射、输出比为70:30。4.如权利要求1所述的用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，其特征在于：所述光纤为单模光纤。

技术总结
本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种用于文物清洗的高能量亚纳秒激光器，包括泵浦源、光纤、跳线头、聚焦耦合系统、键合晶体、输出镜，泵浦源发出第一激光，第一激光依次经光纤、跳线头、聚焦耦合系统，进入键合晶体，键合晶体为Yb:YAG/Cr


技术研发人员：刘思聪 王勇刚 刘伟风 李晗嫣 杨光道
受保护的技术使用者：陕西师范大学
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2022/7/28