高时间分辨的取向检测光路及实验方法技术

本发明专利技术公开了一种高时间分辨的取向检测光路及实验方法，主要包括：可调谐量子级联激光器控制器、可调谐量子级联激光器、倍频延时电路、光弹调制器控制器、光弹调制器、高分子薄膜样品、高速数据采集系统、高速探测器；可调谐量子级联激光器在可调谐量子级联激光器控制器控制下出光，光弹调制器控制器提供初始触发信号，通过倍频延时电路后获得未经延时的倍频触发信号，高速数据采集系统对倍频延时电路进行控制，最终为可调谐量子级联激光器控制器提供延时倍频后的触发信号。可以实现对不同厚度、不同吸收程度样品的取向检测，能够对样品取向演化整个过程进行探测，实现了时间分辨为10μs的取向检测。

Highly time-resolved orientation detection optical path and experimental method

The invention discloses a highly time-resolved orientation detection optical path and experimental method, including: tunable quantum cascade laser controller, tunable quantum cascade laser, frequency doubling delay circuit, photoelastic modulator controller, photoelastic modulator, polymer film sample, high-speed data acquisition system, high speed detection. The tunable quantum cascade laser is controlled out of the tunable quantum cascade laser controller. The photoelastic modulator controller provides the initial trigger signal. The frequency doubling trigger signal is obtained after the frequency doubling delay circuit. The high speed data acquisition system controls the frequency doubling delay circuit and finally is the tunable amount. The sub cascade laser controller provides the trigger signal after the time delay. The orientation detection of samples with different thickness and different absorption degree can be realized, and the whole process of sample orientation evolution can be detected, and the orientation detection with time resolution of 10 U S can be realized.

【技术实现步骤摘要】
高时间分辨的取向检测光路及实验方法
本专利技术涉及一种使用可调谐量子级联激光器配合光弹调制器原位研究材料取向度演化的检测技术，尤其涉及一种高时间分辨的取向检测光路及实验方法。
技术介绍
高分子材料由于其长度方向与宽度方向上极其悬殊的不对称性，使它们在外力场下很容易沿着外力场方向进行排列，这就是高分子的取向。取向作用很大程度上决定了高分子的机械性能、光学性能等。因此发展了很多用于检测取向程度的手段，如X射线衍射法、双折射法、红外二向色性光谱法等。其中，红外二向色性光谱法由于其能够同时检测晶区和无定形区分子链的取向程度，而被广泛应用于取向的检测。现有的商业化的傅里叶红外光谱仪，因为较弱的光源强度、缓慢的偏振方向改变方式，而无法满足其对高分子高速加工过程中取向演化的在线高速检测。同时，因为高分子材料对于红外光的吸收和薄膜的厚度相关，较弱的光源强度也限制了其对整个高分子加工过程进行检测。量子级联激光器是最近20年内发展起来的一种红外光源，其强度相比于传统黑体辐射的红外光源来说，提高了4个数量级，强度的提升为实现在线高速探测高分子取向程度演化提供了基础。光弹调制器是一种基于光弹性效应的相位调制器件，可以实现对入射光偏振方向的高精度、高速调制。两种仪器出现，为在线高速探测高分子取向程度演化提供了可能。但是，将两种仪器联用仍存在两个问题，第一个问题在于，可调谐量子级联激光器脉冲模式下的脉冲频率与光弹调制器的调制频率不相匹配。另一个面临的问题是，高速脉冲信号的采集和存储对于软硬件的要求较高，既要信号保存的完整性又要保证信号测量的精度。综上所述，高时间分辨的在线取向检测方法需要具备以下特点：1.可调谐量子级联激光器的脉冲需要与光弹调制器的调制频率相匹配，即脉冲信号需要落在偏振方向调制点上，可以获得偏振方向相互垂直且交替出现的脉冲光。2.高速的脉冲信号采集系统利用高采样率的采集卡获得精确的实验数据，并利用可调谐量子级联激光器的脉冲宽度窄的特点，设计的LabVIEW程序完成信号的存储。3.通过选择可调谐量子级联激光器的波数，可以对不同种类的样品进行取向的检测；而设定不同的出射能量对不同厚度、吸收程度的样品也能保证探测得到信号的信噪比。现有技术中的方案很难达到上述要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光路简洁、可调的高时间分辨的取向检测光路及实验方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的高时间分辨的取向检测光路，主要包括：可调谐量子级联激光器控制器、可调谐量子级联激光器、倍频延时电路、光弹调制器控制器、光弹调制器、高分子薄膜样品、高速数据采集系统、高速探测器；所述可调谐量子级联激光器控制器的触发信号至所述可调谐量子级联激光器，所述可调谐量子级联激光器发出的光信号穿过所述光弹调制器和所述高分子薄膜样品后抵达所述高速探测器，所述高速探测器的电信号至所述高速数据采集系统，所述高速数据采集系统的延时信号至所述倍频延时电路，所述光弹调制器控制器的初始触发信号至所述倍频延时电路和光弹调制器，所述倍频延时电路的延时倍频后的触发信号至所述可调谐量子级联激光器控制器。本专利技术的上述高时间分辨的取向检测光路的取向检测实验方法，主要包括：所述可调谐量子级联激光器在可调谐量子级联激光器控制器控制下出光，所述光弹调制器控制器提供初始触发信号，通过倍频延时电路后获得未经延时的倍频触发信号，所述高速数据采集系统对倍频延时电路进行控制，最终为可调谐量子级联激光器控制器提供延时倍频后的触发信号；经过触发信号触发的可调谐量子级联激光器出射出偏振方向垂直地面的脉冲偏振光，其频率与触发信号一致，通过光弹调制器调制后，获得一束偏振方向相互垂直且交替出现的脉冲光，且其脉冲频率为200kHz；根据红外二向色性，偏振方向相互垂直的脉冲光，通过取向高分子薄膜样品后，会有不同程度的吸收，透射过样品的脉冲光，经过高速探测器后转化为电信号，被高速数据采集系统采集并存储。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的高时间分辨的取向检测光路及实验方法，可以实现对不同厚度、不同吸收程度样品的取向检测，能够对样品取向演化整个过程进行探测并保证探测信号的信噪比；针对不同种类的样品可以选择特定波数；经过调制后成为偏振方向相互垂直且交替出现的脉冲光信号，实现了时间分辨为10μs的取向检测。附图说明图1为本专利技术实施例提供的高时间分辨的取向检测光路的结构示意图；图2为本专利技术实施例中高时间分辨的取向检测与双向拉伸装置联用的示意图；图3为本专利技术实施例中偏振方向改变的验证结果示意图；图4a至图4d为本专利技术实施例中拉伸诱导的取向演化数据示意图。图中：1为可调谐量子级联激光器控制器，2为可调谐量子级联激光器，3为倍频延时电路，4为光弹调制器控制器，5为光弹调制器，6为高分子薄膜样品，7为高速数据采集系统，8为高速探测器，9为中性密度滤光镜，10为聚焦镜，11为反光镜，12为光学平台，13为双向拉伸装置，14为光学平台。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的高时间分辨的取向检测光路，其较佳的具体实施方式是：主要包括：可调谐量子级联激光器控制器、可调谐量子级联激光器、倍频延时电路、光弹调制器控制器、光弹调制器、高分子薄膜样品、高速数据采集系统、高速探测器；所述可调谐量子级联激光器控制器的触发信号至所述可调谐量子级联激光器，所述可调谐量子级联激光器发出的光信号穿过所述光弹调制器和所述高分子薄膜样品后抵达所述高速探测器，所述高速探测器的电信号至所述高速数据采集系统，所述高速数据采集系统的延时信号至所述倍频延时电路，所述光弹调制器控制器的初始触发信号至所述倍频延时电路和光弹调制器，所述倍频延时电路的延时倍频后的触发信号至所述可调谐量子级联激光器控制器。本专利技术的上述高时间分辨的取向检测光路的取向检测实验方法，其较佳的具体实施方式是：主要包括：所述可调谐量子级联激光器在可调谐量子级联激光器控制器控制下出光，所述光弹调制器控制器提供初始触发信号，通过倍频延时电路后获得未经延时的倍频触发信号，所述高速数据采集系统对倍频延时电路进行控制，最终为可调谐量子级联激光器控制器提供延时倍频后的触发信号；经过触发信号触发的可调谐量子级联激光器出射出偏振方向垂直地面的脉冲偏振光，其频率与触发信号一致，通过光弹调制器调制后，获得一束偏振方向相互垂直且交替出现的脉冲光，且其脉冲频率为200kHz；根据红外二向色性，偏振方向相互垂直的脉冲光，通过取向高分子薄膜样品后，会有不同程度的吸收，透射过样品的脉冲光，经过高速探测器后转化为电信号，被高速数据采集系统采集并存储。进一步的，通过可调谐量子级联激光器控制器的控制，实现对不同种类、厚度、吸收程度的样品的检测。通过调节可调谐量子级联激光器的输出波数，实现对不同种类样品的取向检测。通过调节可调谐量子级联激光器注入电流，从而调节可调谐量子级联激光器的输出功率，实现对不同厚度、不同吸收程度样品的取向检测。进一步的，利用倍频延时电路，将光弹调制器控制器提供的原始信号进行倍频处理，利用高速数据采集系统的LabVIEW程序，通过RS232接口输入延时信号，控制倍频延时电路，获得频率加倍、相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高时间分辨的取向检测光路，其特征在于，主要包括：可调谐量子级联激光器控制器(1)、可调谐量子级联激光器(2)、倍频延时电路(3)、光弹调制器控制器(4)、光弹调制器(5)、高分子薄膜样品(6)、高速数据采集系统(7)、高速探测器(8)；所述可调谐量子级联激光器控制器(1)的触发信号至所述可调谐量子级联激光器(2)，所述可调谐量子级联激光器(2)发出的光信号穿过所述光弹调制器(5)和所述高分子薄膜样品(6)后抵达所述高速探测器(8)，所述高速探测器(8)的电信号至所述高速数据采集系统(7)，所述高速数据采集系统(7)的延时信号至所述倍频延时电路(3)，所述光弹调制器控制器(4)的初始触发信号至所述倍频延时电路(3)和光弹调制器(5)，所述倍频延时电路(3)的延时倍频后的触发信号至所述可调谐量子级联激光器控制器(1)。

【技术特征摘要】
1.一种高时间分辨的取向检测光路，其特征在于，主要包括：可调谐量子级联激光器控制器(1)、可调谐量子级联激光器(2)、倍频延时电路(3)、光弹调制器控制器(4)、光弹调制器(5)、高分子薄膜样品(6)、高速数据采集系统(7)、高速探测器(8)；所述可调谐量子级联激光器控制器(1)的触发信号至所述可调谐量子级联激光器(2)，所述可调谐量子级联激光器(2)发出的光信号穿过所述光弹调制器(5)和所述高分子薄膜样品(6)后抵达所述高速探测器(8)，所述高速探测器(8)的电信号至所述高速数据采集系统(7)，所述高速数据采集系统(7)的延时信号至所述倍频延时电路(3)，所述光弹调制器控制器(4)的初始触发信号至所述倍频延时电路(3)和光弹调制器(5)，所述倍频延时电路(3)的延时倍频后的触发信号至所述可调谐量子级联激光器控制器(1)。2.一种权利要求1所述的高时间分辨的取向检测光路的取向检测实验方法，其特征在于，包括：所述可调谐量子级联激光器(2)在可调谐量子级联激光器控制器(1)控制下出光，所述光弹调制器控制器(4)提供初始触发信号，通过倍频延时电路(3)后获得未经延时的倍频触发信号，所述高速数据采集系统(7)对倍频延时电路(3)进行控制，最终为可调谐量子级联激光器控制器(1)提供延时倍频后的触发信号；经过触发信号触发的可调谐量子级联激光器(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李良彬，叶克，孟令蒲，陈晓伟，张文文，吕艳坤，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34