光纖激光器濾光怎么調(diào)：優(yōu)化性能與提高穩(wěn)定性的關(guān)鍵

在光纖激光器的應(yīng)用中，濾光器的調(diào)節(jié)起著至關(guān)重要的作用。通過合理調(diào)節(jié)濾光器，可以有效改善激光器的輸出質(zhì)量，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中達(dá)到佳效果。本文將深入探討如何調(diào)節(jié)光纖激光器的濾光器，以優(yōu)化激光性能，同時(shí)避免常見的調(diào)節(jié)誤區(qū)，為相關(guān)領(lǐng)域的工程師和技術(shù)人員提供實(shí)用的指導(dǎo)。

1. 光纖激光器濾光的重要性

光纖激光器在現(xiàn)代工業(yè)和科研中廣泛應(yīng)用，尤其是在精密加工、通信和醫(yī)療領(lǐng)域。激光器的性能和輸出質(zhì)量直接影響到其工作效率和適用范圍。而濾光器則是影響光纖激光器性能的關(guān)鍵組件之一，它的主要功能是篩選掉不必要的頻率成分，減少雜散光，提高激光束的質(zhì)量和穩(wěn)定性。

2. 如何調(diào)節(jié)光纖激光器濾光

調(diào)節(jié)光纖激光器濾光器的目標(biāo)是根據(jù)激光的輸出波長(zhǎng)和頻譜特性，精確地選擇合適的濾光器并進(jìn)行調(diào)節(jié)。以下是調(diào)節(jié)過程中的幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

2.1 選擇合適的濾光器類型

濾光器的類型主要取決于激光器的應(yīng)用需求和輸出特性。常見的濾光器類型包括帶通濾光器、長(zhǎng)波通濾光器和短波通濾光器等。選擇合適的濾光器類型是調(diào)節(jié)過程中的步，錯(cuò)誤的選擇會(huì)導(dǎo)致激光輸出性能下降。

2.2 精確調(diào)節(jié)濾光器的波長(zhǎng)范圍

對(duì)于大多數(shù)光纖激光器，濾光器的調(diào)節(jié)需要確保其波長(zhǎng)范圍與激光器的輸出波長(zhǎng)匹配。通過調(diào)節(jié)濾光器的中心波長(zhǎng)，使其與激光輸出的波長(zhǎng)相一致，從而大限度地減少無(wú)效波長(zhǎng)的干擾，提升激光束的質(zhì)量。

2.3 調(diào)整濾光器的帶寬和透過率

濾光器的帶寬和透過率是影響光纖激光器輸出穩(wěn)定性的重要參數(shù)。適當(dāng)調(diào)整濾光器的帶寬可以有效去除不需要的頻譜成分，優(yōu)化激光的光譜質(zhì)量。透過率過高或過低都會(huì)影響激光器的輸出功率，因此需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行微調(diào)。

2.4 檢查和校準(zhǔn)

調(diào)節(jié)濾光器時(shí)，必須定期檢查和校準(zhǔn)激光器的輸出。利用精密的光譜儀等檢測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控激光的波長(zhǎng)、功率以及光譜分布，確保調(diào)節(jié)后的濾光器能有效雜散光并提高激光輸出的穩(wěn)定性。

3. 調(diào)節(jié)時(shí)需要注意的事項(xiàng)

在調(diào)節(jié)光纖激光器濾光器時(shí)，技術(shù)人員需要注意以下幾點(diǎn)：

• 溫度穩(wěn)定性：濾光器的性能受溫度變化的影響較大，因此調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，避免溫度波動(dòng)對(duì)濾光效果的干擾。
• 濾光器的光學(xué)質(zhì)量：濾光器的表面質(zhì)量和材料的光學(xué)特性直接影響其濾光效果。選擇高質(zhì)量的濾光器能夠有效提高調(diào)節(jié)精度和穩(wěn)定性。
• 系統(tǒng)匹配：濾光器的選擇和調(diào)節(jié)不僅要考慮激光器本身的特性，還需考慮系統(tǒng)的整體性能。確保濾光器與光纖激光系統(tǒng)的其他組件相匹配，才能達(dá)到最佳效果。

4. 結(jié)語(yǔ)

光纖激光器濾光的調(diào)節(jié)是提升激光器性能、穩(wěn)定性和效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過精確調(diào)節(jié)濾光器的波長(zhǎng)范圍、帶寬、透過率等參數(shù)，可以有效去除雜散光，提升激光輸出的質(zhì)量與穩(wěn)定性。在進(jìn)行濾光調(diào)節(jié)時(shí)，必須注意系統(tǒng)的整體匹配、環(huán)境溫度等因素，避免影響終效果。對(duì)于技術(shù)人員來(lái)說，了解和掌握這些調(diào)節(jié)技巧，是保證光纖激光器高效穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。

       分析儀在測(cè)量總有機(jī)碳 (Total Organic Carbon，TOC)  時(shí)，都必須處理無(wú)機(jī)碳 (Inorganic Carbon，IC)。IC 是 指 CO2、HCO3-、CO32-里的碳。IC 的來(lái)源包括溶解的石 灰石和從空氣中吸收的二氧化碳。幾乎所有的樣品水 中都含有有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳，它們統(tǒng)稱為總碳 (Total  Carbon，TC)。 總碳（TC）= 有機(jī)碳（TOC）+ 無(wú)機(jī)碳（IC） 當(dāng)樣品中也含有無(wú)機(jī)碳時(shí)，分析儀就無(wú)法單獨(dú)測(cè)量有機(jī)碳，因此大多數(shù) TOC 分析儀就測(cè)量樣品中的 TC 和 IC，然后相減，差值即為 TOC。

        TOC 分析儀也可以先吹除無(wú)機(jī)碳，然后再測(cè)量碳含量， 測(cè)量結(jié)果不含無(wú)機(jī)碳。此時(shí)測(cè)得的總碳即為樣品的 TOC 。 該 測(cè) 量 值 也 稱 為 “ 不可吹除 有 機(jī) 碳 （ NonPurgeable Organic Carbon,NPOC）”。  

TC = TOC = NPOC

       有些 TOC 分析儀既可以測(cè)量 IC，又可以去除 IC，從而 給操作員很大的操作靈活性，可以根據(jù)樣品中的 IC 含 量來(lái)選擇操作方法。當(dāng)樣品中的 IC 小于 TOC 時(shí)，分析 儀無(wú)需去除 IC 即可測(cè)得準(zhǔn)確結(jié)果。分析儀可以直接測(cè) 量 IC，然后用 TC 減去 IC，即得到 TOC。

       但當(dāng) IC 較高且 TOC 較低時(shí)（例如，IC = 10倍的TOC）， 如果不去除或降低 IC，則 TOC 測(cè)量結(jié)果就會(huì)變得不穩(wěn) 定。在下面的示例中，儀器測(cè)量 TC 和 IC 以計(jì)算 TOC， TC 和 IC 都很高（IC 是 TC 的組成部分），測(cè)量 TC 和IC 的儀器誤差在Z終 TOC 計(jì)算值中占有很大比例。如 果在進(jìn)行分析之前先去除或降低 IC，就能提高儀器的 分析性能。

       例如，樣品中含 100 ppb TOC 和 1900 ppb IC。我們假 設(shè)儀器測(cè)量 TC 和 IC 的準(zhǔn)確度為2％。一種情況是不去 除 IC，另一種情況是將 IC 降到 100 ppb（見表1）。

       在 IC 較高、TOC 較低的情況下，去除或降低 IC 能夠提 高儀器的分析性能。一般來(lái)說，在使用 Sievers* TOC 分析儀時(shí)，如果 IC 高出 TOC 預(yù)期值的10倍以上，我們建議降低或去除 IC。

去除和降低IC的方法

有些 TOC 分析儀用氣體來(lái)吹掃樣品，以去除 IC，而剩 下的碳就是需要測(cè)量的有機(jī)碳。吹掃樣品是去除 IC 的 有效方法，但需要考慮以下幾個(gè)問題： 

1.吹掃氣體的純度（以免氣體中的有機(jī)物污染樣 品）。 

2.揮發(fā)性有機(jī)物的流失。 

3.如果不能 去除 IC，則留下的 IC 可能被報(bào)告 為 TOC，從而給分析系統(tǒng)帶來(lái)誤差。 

4.吹掃氣體會(huì)增加成本、提高維護(hù)要求、延長(zhǎng)樣品 制備和分析時(shí)間。 

5.在 EPA TOC 方法 415.3（“確定水源和飲用水的總 有機(jī)碳含量和 254 nm 的特定紫外吸光度”）中， USEPA 規(guī)定 20 分鐘的吹掃時(shí)間，氣體流量為 100-200 毫升/分鐘，確保將 IC 含量降到Z低，以 測(cè)量 TOC。在實(shí)踐中，吹掃時(shí)間通常為 3-10 分鐘， 具體時(shí)間可以根據(jù)儀器生產(chǎn)廠的建議和樣品的特性而定。

表1. 去除和未去除IC的示例計(jì)算顯示了對(duì)TOC結(jié)果的影響

       Sievers 技術(shù)采用無(wú)需氣體的 ICR（無(wú)機(jī)碳去除器）來(lái) 降低 IC 含量。該方法已獲得ZL，并獲 USEPA 批準(zhǔn)用于合規(guī)監(jiān)測(cè)。

ICR的工作原理 

       在去除 IC 時(shí)，ICR 首先酸化樣品，以將 IC 全都變成 CO2 的形式。酸化之前，IC 以離子形式和非離子形式存在。離子形式包括碳酸鹽和碳酸氫鹽，非離子形式為  CO2。 離子形式和非離子形式的含量比例取決于 pH 值。酸化 樣品可以將 IC 全都轉(zhuǎn)化為  CO2，以方便將其吹除。

CO2 → HCO3-→ CO32- 

低 ← pH 值 ← 高

       當(dāng)分析儀探測(cè)到連接無(wú)機(jī)碳去除器（ICR）時(shí)，會(huì)自動(dòng) 進(jìn)行樣品酸化，所使用的酸劑同正常 TOC 分析時(shí)使用的酸劑相同，因而無(wú)需添加其他試劑。樣品酸化之后， 會(huì)流過 ICR 中能滲透 CO2的脫氣模塊。ICR 還配有真空 泵，用于將脫氣模塊外部抽成真空，以去除樣品中的 無(wú)機(jī)碳（CO2）。內(nèi)置的化學(xué)捕集器先“凈化”通過脫氣 模塊的空氣，去除空氣中的全部有機(jī)物，以免污染樣 品。IC 的去除率可達(dá)95-99％。無(wú)需去除 IC， 因?yàn)?Sievers TOC 分析儀會(huì)測(cè)量剩余的 IC，然后用 TC 減去 IC 得到 TOC。

       IC 含量被大大降低，從而提高了儀器的分析性能。這 種降低或去除 IC 的方法有以下優(yōu)點(diǎn)。 

1.無(wú)需吹掃氣體，因而成本較低，去除 IC 的過程更 簡(jiǎn)單。 

2.樣品脫氣同樣品分析直接連在一起，因而無(wú)需花 額外時(shí)間來(lái)降低或去除 IC。 

3.此過程使揮發(fā)性有機(jī)碳（VOC，Volatile Organic  Carbon）的流失降低到Z少。進(jìn)水中流失的 VOC 會(huì)降低進(jìn)水和出水之間的TOC去除率的計(jì)算值。 

4.此過程由分析儀自動(dòng)完成，無(wú)需人員手動(dòng)操作。 

如果無(wú)需去除 IC，操作員可以用 ICR 的開啟和關(guān)閉設(shè)置來(lái)繞過 ICR，方便地轉(zhuǎn)換到正常監(jiān)測(cè)模式。

應(yīng)用建議 

當(dāng) IC 含量超過 TOC 的10倍時(shí)，應(yīng)考慮使用 ICR。常見 的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)原始地表水和地下水。有時(shí)，降低或 去除 IC 也有利于監(jiān)測(cè)成品飲用水。 

對(duì)于在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，應(yīng)對(duì)所有樣品啟用 ICR，并保持 ICR 的運(yùn)行。ICR 安裝在 Sievers M 系列實(shí)驗(yàn)室型、 便攜式、在線型 TOC 分析儀的機(jī)箱內(nèi)部，環(huán)保效果Z 佳，使用方便，占據(jù)空間小。

分析儀在測(cè)量總有機(jī)碳（Total Organic Carbon，TOC）時(shí)，都必須處理無(wú)機(jī)碳（Inorganic Carbon，IC）。IC是指CO2、HCO3-、CO32-里的碳。IC的來(lái)源包括溶解的石灰石和從空氣中吸收的二氧化碳。幾乎所有的樣品水中都含有有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳，它們統(tǒng)稱為總碳（Total Carbon，TC）。

總碳（TC）=

有機(jī)碳（TOC）+ 無(wú)機(jī)碳（IC）

當(dāng)樣品中也含有無(wú)機(jī)碳時(shí)，分析儀就無(wú)法單獨(dú)測(cè)量有機(jī)碳，因此大多數(shù)TOC分析儀就測(cè)量樣品中的TC和IC，然后相減，差值即為TOC。

總碳（TC）- 無(wú)機(jī)碳（IC）

實(shí)測(cè)值         實(shí)測(cè)值

= 有機(jī)碳（TOC）

計(jì)算值

TOC分析儀也可以先吹除無(wú)機(jī)碳，然后再測(cè)量碳含量，測(cè)量結(jié)果不含無(wú)機(jī)碳。此時(shí)測(cè)得的總碳即為樣品的TOC。該 測(cè) 量 值 也 稱 為 “ 不 可 吹 除 有 機(jī) 碳（Non-Purgeable Organic Carbon，NPOC）”。

TC = TOC = NPOC

有些TOC分析儀既可以測(cè)量IC，又可以去除IC，從而給操作員很大的靈活性，可以根據(jù)樣品中的IC含量來(lái)選擇操作方法。當(dāng)樣品中的IC小于TOC時(shí)，分析儀無(wú)需去除IC即可測(cè)得準(zhǔn)確結(jié)果。分析儀可以直接測(cè)量IC，然后用TC減去IC，即得到TOC。

但當(dāng)IC較高且TOC較低時(shí)（例如，IC=10倍TOC），如果不去除或降低IC，則TOC測(cè)量結(jié)果就會(huì)變得不穩(wěn)定。在下面的示例中，儀器測(cè)量TC和IC以計(jì)算TOC，TC和IC都很高（IC是TC的組成部分），測(cè)量TC和IC的儀器誤差在最 終TOC計(jì)算值中占有很大比例。如果在進(jìn)行分析前，先去除或降低IC，就能提高儀器的分析性能。

例如，樣品中含100 ppb TOC和1900 ppb IC。我們假設(shè)儀器測(cè)量TC和IC的準(zhǔn)確度為2%。一種情況是不去除IC，另一種情況是將IC降到100 ppb（見表1）。

在IC較高、TOC較低的情況下，去除或降低IC能夠提高儀器的分析性能。一般來(lái)說，在使用Sievers? TOC分析儀時(shí)，如果IC高出TOC預(yù)期值的10倍以上，我們建議降低或去除IC。

去除和降低IC的方法

有些TOC分析儀用氣體來(lái)吹掃樣品，以去除IC，而剩下的碳就是需要測(cè)量的有機(jī)碳。吹掃樣品是去除IC的有效方法，但需要考慮以下幾個(gè)問題：

吹掃氣體的純度（以免氣體中的有機(jī)物污染樣品）。

揮發(fā)性有機(jī)物的流失。

如果不能100%去除IC，則留下的IC可能被報(bào)告為TOC，從而給分析系統(tǒng)帶來(lái)誤差。

吹掃氣體會(huì)增加成本、提高維護(hù)要求、延長(zhǎng)樣品制備和分析時(shí)間。

在EPA TOC方法415.3（“確定水源和飲用水的總有機(jī)碳含量和254 nm的特定紫外吸光度”）中，USEPA規(guī)定20分鐘的吹掃時(shí)間，氣體流量為100-200毫升/分鐘，確保將IC含量降到最 低，以測(cè)量TOC。在實(shí)踐中，吹掃時(shí)間通常為3-10分鐘，具體時(shí)間可以根據(jù)儀器生產(chǎn)廠的建議和樣品的特性而定。

表1. 去除和未去除IC的示例計(jì)算

顯示了對(duì)TOC結(jié)果的影響

Sievers技術(shù)采用無(wú)需氣體的ICR（無(wú)機(jī)碳去除器）來(lái)降低IC含量。該方法已獲得專 利，并獲USEPA批準(zhǔn)用于合規(guī)監(jiān)測(cè)。

ICR的工作原理

在去除IC時(shí)，ICR首先酸化樣品，以將IC全都變成CO2的形式。酸化之前，IC以離子形式和非離子形式存在。離子形式包括碳酸鹽和碳酸氫鹽，非離子形式為CO2。離子形式和非離子形式的含量比例取決于pH值。酸化樣品可以將IC全都轉(zhuǎn)化為CO2，以方便將其吹除。

CO2 → HCO3- → CO32-

低 ← pH 值 ← 高

當(dāng)分析儀探測(cè)到連接無(wú)機(jī)碳去除器（ICR）時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行樣品酸化，所使用的酸劑同正常TOC分析時(shí)使用的酸劑相同，因而無(wú)需添加其他試劑。樣品酸化之后，會(huì)流過ICR中能滲透CO2的脫氣模塊。ICR還配有真空泵，用于將脫氣模塊外部抽成真空，以去除樣品中的無(wú)機(jī)碳（CO2）。內(nèi)置的化學(xué)捕集器先“凈化”通過脫氣模塊的空氣，去除空氣中的全部有機(jī)物，以免污染樣品。IC的去除率可達(dá)95-99%。無(wú)需百 分之百去除IC，因?yàn)?b>Sievers TOC分析儀會(huì)測(cè)量剩余的IC，然后用TC減去IC得到TOC。

IC含量被大大降低，從而提高了儀器的分析性能。這種降低或去除IC的方法有以下優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)需吹掃氣體，因而成本較低，去除IC的過程更簡(jiǎn)單。

樣品脫氣同樣品分析直接連在一起，因而無(wú)需花額外時(shí)間來(lái)降低或去除IC。

此 過 程 使 揮 發(fā) 性 有 機(jī) 碳（VOC ， VolatileOrganic Carbon）的流失降低到最 少。進(jìn)水中流失的VOC會(huì)降低進(jìn)水和出水之間的TOC去除率的計(jì)算值。 

此過程由分析儀自動(dòng)完成，無(wú)需人員手動(dòng)操作。

如果無(wú)需去除IC，操作員可以用ICR的開啟和關(guān)閉設(shè)置來(lái)繞過ICR，方便地轉(zhuǎn)換到正常監(jiān)測(cè)模式。

應(yīng)用建議

當(dāng)IC含量超過TOC的10倍時(shí)，應(yīng)考慮使用ICR。常見的應(yīng)用包括監(jiān)測(cè)原始地表水和地下水。有時(shí)，降低或去除IC也有利于監(jiān)測(cè)成品飲用水。

對(duì)于在線連續(xù)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，應(yīng)對(duì)所有樣品啟用ICR，并保持ICR的運(yùn)行。ICR安裝在Sievers M系列實(shí)驗(yàn)室型、便攜式、在線型TOC分析儀的機(jī)箱內(nèi)部，環(huán)保效果最 佳，使用方便，占據(jù)空間小。