一种3～5μm中红外波段Z‑扫描装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种3～5μm中红外波段Z‑扫描装置，该装置包括CaF2分光镜、CaF2束腰生成镜、第一探头、第二探头、扫描控制器、PCI卡、电动平移台、单片机、PC机，能够对激光器发出的3～5μm波段内的光束质量和激光束聚焦点位置进行精确测量；并且能够开展样品在3～5μm宽的波长可调谐范围内的二维Z‑扫描实验。该实验装置结构简单，测量结果处理方便，可以广泛的应用于非线性光学测量、非线性光学信息处理和光学器件等研究领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利涉及一种利用光学手段测量材料非线性的装置，可精确测量所述波段的光束质量、光束聚焦位置，也能够开展3～5μm的波长可调谐范围内的二维Z-扫描。属于非线性光学材料和非线性光学信息处理领域。
技术介绍
非线性光学材料由于在光开关、激光防护材料及光信息处理等方面的应用具有广泛的发展前景而日益受到人们的重视，材料的非线性光学特性的测量技术也随之成为研究的热点。激光Z-扫描方法以其操作方便、灵敏度高等特点成为目前非线性光学材料的非线性光学特性的主要表征方法。但是，常规的Z-扫描装置对激光束的探测仅仅针对某一特定的波长，很难在3～5μm中红外波段对多波长(波长可大范围调谐)的激光束的发散角、束腰半径、共焦长度、能量波动进行精确测量。此外，由于无法对连续可调谐激光束光束质量进行分析，常用的Z-扫描装置也无法对测试数据进行处理并绘制图形，给研究带来极大的不便。因而，需要寻找新的探测装置，以精确地对中红外波段的光束质量以及对应的非线性材料的非线性特性进行测量。
技术实现思路
本专利的目的是提供一种3～5μm中红外波段Z-扫描装置，利用本装置，可以对所述的光束质量以及待测样品的非线性特性进行精确的测量，也可以对测量数据进行处理并绘制图形。一种3～5μm中红外波段Z-扫描装置，所述装置包括：M100、光强采集模块：所述光强采集模块包括CaF2分光镜、CaF2束腰生成镜、第一探头、第二探头；所述CaF2分光镜与水平方向呈45°，将入射光分为透射光和反射光两束光；所述入射光为3～5μm中红外波段的激光光束；所述第一探头用于采集反射光光强，并将光强转换成电信号传送给扫描控制模块的扫描控制器；所述第二探头用于采集经CaF2束腰生成镜后入射到待测样品并从待测样品透过的透射光光强，并将光强转换成模拟电信号传送给控制模块的扫描控制器；M200、样品平台模块：所述样品平台模块包括用于放置待测样品电动平移台；M300、扫描控制模块：所述扫描控制模块中的扫描控制器与第一探头和第二探头直接相连，并将获得模拟电信号经中间件转换成数据处理模块能够处理的数据格式；M400、操作控制模块：所述操作控制模块能够完成的控制操作包括调节第一探头和第二探头的光谱响应范围、扫描控制器的扫描速度以及向单片机发送控制命令控制电动平移台的移动；M500、数据处理模块：接收数据包括单片机传来的关于电动平移台的位移数据、扫描控制模块获得的光强数据，所述光强数据包括反射光光强数据以及经待测样品的透射光光强数据。在本专利技术中将Z-扫描与光束质量分析合二为一，直接测量光束的光束质量、焦点位置、待测样品的非线性光学特性，并能对不同波长、重复频率、不同输出功率条件下激光聚焦位置、发散角、M2因子等进行标定。本专利与传统的技术相比有以下优势：(1)结构简单，测量方便，能够对激光器发出的3～5μm波段内的光束质量和激光束聚焦点位置进行精确测量；(2)大幅度提高了光束测量的精度和稳定性，将光束尺寸和光束瞄准的测量误差降低至几百个纳米，可以对非常小的光斑进行精确测量；(3)将光束质量分析与Z-扫描合二为一；通过进一步在数据处理模块增加分析功能，可对连续可调谐激光光束质量分析的基础上，同时开展样品在3～5μm宽的波长可调谐范围内的二维Z-扫描实验；(3)能够精确测量变化的光强值，高速采集数据并绘制图形曲线，方便对测量结果的处理。附图说明图1为3～5μm中红外波段二维Z-扫描装置的结构原理图；其中，1、入射激光束；2、CaF2分光镜；3、第一探头；4、CaF2束腰生成镜；5、待测样品；6、电动平移台；7、可变小孔光阑；8、第二探头；9、单片机；10、PC机；11、PCI卡；12、扫描控制器；图2为扫描控制器和PCI卡的设计原理图；其中，13、信号放大器；14、滤波器；15、通信接口；16、扫描电机；17、EEPROM；18、数字编码器；19、控制单元；20、A/D转换器；21、板存储器；22、PCI控制器。具体实施方式在一个基础实施例中，提供了一种3～5μm中红外波段Z-扫描装置，所述装置包括：M100、光强采集模块：所述光强采集模块包括CaF2分光镜、CaF2束腰生成镜、第一探头、第二探头；所述CaF2分光镜与水平方向呈45°，将入射光分为透射光和反射光两束光；所述入射光为3～5μm中红外波段的激光光束；所述第一探头用于采集反射光光强，并将光强转换成电信号传送给扫描控制模块的扫描控制器；所述第二探头用于采集经CaF2束腰生成镜后入射到待测样品并从待测样品透过的透射光光强，并将光强转换成模拟电信号传送给控制模块的扫描控制器；M200、样品平台模块：所述样品平台模块包括用于放置待测样品电动平移台；M300、扫描控制模块：所述扫描控制模块中的扫描控制器与第一探头和第二探头直接相连，并将获得模拟电信号经中间件转换成数据处理模块能够处理的数据格式；M400、操作控制模块：所述操作控制模块能够完成的控制操作包括调节第一探头和第二探头的光谱响应范围、扫描控制器的扫描速度以及向单片机发送控制命令控制电动平移台的移动；M500、数据处理模块：接收数据包括单片机传来的关于电动平移台的位移数据、扫描控制模块获得的光强数据，所述光强数据包括反射光光强数据以及经待测样品的透射光光强数据。在本实施例中，所述装置能够适用于波长可大幅度调谐、脉冲重复频率可调谐、高单脉冲能量的3～5μm中红外波段的激光光束，并对3～5μm波段内的光束质量和激光束聚焦点位置进行精确测量；并且能够开展样品在3～5μm宽的波长可调谐范围内的二维Z-扫描实验，并在进行光束质量测量的同时，可对光斑大小、峰值中心、几何中心等参数分析。在进行测量时，将第一探头和第二探头定位于光束路径上的待测位置，主探测单元接收狭缝上的入射光束，鼓轮旋转使狭缝遍历主探测单元，两个探头输出与空间光强分布成比例的模拟信号；尔后，使全部光束入射到探测单元上，获得与光束总功率成正比的信号；最后将获得的数字信号数据传输给数据处理模块进行数据分析和显示。所述数据处理模块可以是一个独立的硬件模块装置，也可以是部署在其它设备或装置上的一个软件模块。在这个实施例中，不限制单片机的控制指令的来源，其可能是来自PC机软件系统，也可能是操作人员操作的外部控件。在一个实施例中，所述单片机为AT89S52单片机。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3～5μm中红外波段Z‑扫描装置，其特征在于，所述装置包括：M100、光强采集模块：所述光强采集模块包括CaF2分光镜、CaF2束腰生成镜、第一探头、第二探头；所述CaF2分光镜与水平方向呈45°，将入射光分为透射光和反射光两束光；所述入射光为3～5μm中红外波段的激光光束；所述第一探头用于采集反射光光强，并将光强转换成电信号传送给扫描控制模块的扫描控制器；所述第二探头用于采集经CaF2束腰生成镜后入射到待测样品并从待测样品透过的透射光光强，并将光强转换成模拟电信号传送给控制模块的扫描控制器；M200、样品平台模块：所述样品平台模块包括用于放置待测样品电动平移台；M300、扫描控制模块：所述扫描控制模块中的扫描控制器与第一探头和第二探头直接相连，并将获得模拟电信号经中间件转换成数据处理模块能够处理的数据格式；M400、操作控制模块：所述操作控制模块能够完成的控制操作包括调节第一探头和第二探头的光谱响应范围、扫描控制器的扫描速度以及向单片机发送控制命令控制电动平移台的移动；M500、数据处理模块：接收数据包括单片机传来的关于电动平移台的位移数据、扫描控制模块获得的光强数据，所述光强数据包括反射光光强数据以及经待测样品的透射光光强数据。...

【技术特征摘要】
1.一种3～5μm中红外波段Z-扫描装置，其特征在于，所述装置包括：
M100、光强采集模块：所述光强采集模块包括CaF2分光镜、CaF2束腰生成
镜、第一探头、第二探头；
所述CaF2分光镜与水平方向呈45°，将入射光分为透射光和反射光两束光；
所述入射光为3～5μm中红外波段的激光光束；
所述第一探头用于采集反射光光强，并将光强转换成电信号传送给扫描控制
模块的扫描控制器；
所述第二探头用于采集经CaF2束腰生成镜后入射到待测样品并从待测样品
透过的透射光光强，并将光强转换成模拟电信号传送给控制模块的扫描控制器；
M200、样品平台模块：所述样品平台模块包括用于放置待测样品电动平移台；
M300、扫描控制模块：所述扫描控制模块中的扫描控制器与第一探头和第二
探头直接相连，并将获得模拟电信号经中间件转换成数据处理模块能够处理的数
据格式；
M400、操作控制模块：所述操作控制模块能够完成的控制操作包括调节第一
探头和第二探头的光谱响应范围、扫描控制器的扫描速度以及向单片机发送控制
命令控制电动平移台的移动；
M500、数据处理模块：接收数据包括单片机传来的关于电动平移台的位移数
据、扫描控制模块获得的光强数据，所述光强数据包括反射光光强数据以及经待
测样品的透射光光强数据。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
优选的，所述入射光由中红外光学参量振荡激光器提供。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述CaF2束腰生成镜为平凸透镜，其平面侧朝向样品。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述第一探头和第二探头均包括狭缝扫描式热释电探测器及作为扫描电机
的旋转鼓轮电机；
所述扫描式电探测器的光谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：白杨，张泽南，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61