一种使用面阵CCD快速测量相干背散射的装置制造方法及图纸

一种使用面阵ＣＣＤ快速测量相干背散射的装置，涉及光子局域化的检测技术领域，利用了面阵ＣＣＤ对数据进行测量并对所得二维数据进行一维积分处理的方法，通过把常用光路中的一个透镜换成柱透镜的办法，极大地简化了对数据的后续处理的复杂度和进行运算的强度在非积分的一维方向上，因此积分以后可以使用原拟合公式进行拟合而不用进行处理，因此极大地简化了处理过程，缩短处理时间，并保留了数据的细节信息。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光子局域化的检测
，用于检测样品的光子局域化性质的装置及 方法，特别是一种使用面阵CCD快速测量相干背散射的装置。(二)
技术介绍
安德森局域化是电子学领域的研究中提出的重要现象，提出者安德森因其卓越的贡献而 被授予诺贝尔奖。其主要特征是波的传播因介质性质的随机化分布而导致受阻。至今已经得 到了广泛的研究和应用，并在微波实验中观察到了局域化的现象。由于其本质是来源于电磁 波的波动性质，而波动性质是光的特性之一，因此人们提出了光子局域化的概念。光子局域 化是安德森局域化在光学领域中的类比，至今仍是研究的热点，但由于光波的波长较短，实 现完全意义上的光子局域化非常困难，至今没有在实验上观察到这个现象，能够实现完全光 子局域化是人们现阶段努力要实现的目标。光在均匀无吸收介质中传播时，其透过率是介质 厚度的反函数，呈线性衰减，类似于电子学的欧姆定律，但当介质内的折射率分布随机化到 一定程度时，透过率将呈指数衰减，即为光子弱局域化的状态。相干背散射被认为是弱光子 局域化现象的一种，是一种自相干效应，其直观表现为对随机样品照射后，其散射光的强度 在背散射方向的强度干涉相长，光强成锥形分布。相干背散射具有非常重要的研究意义，是 研究光子扩散领域中的光子传输平均自由程的重要手段，是研究光子局域化的重要方法之但是相干背散射的光能量非常弱，难以测量。现有的实验装置主要分为两种。 一种是利用光 电倍增管配合锁相放大装置，利用精密的电移平台进行扫描，其优点为灵敏度高，但是由于 光电倍增管只能进行逐点测量，为了得到相干背散射图样，必须进行大量的测量，测量复杂 并且耗时，并且无法用于测量样品不太稳定时的情况。(相关文献P.C.de Oliveira, and N. M. Lawandy, Coherent Backscattering from high-gain scattering media, Opt丄ett， 1996, 21， 1685-1687; A. Schmidt, R.Corey and Psaulnier， Imaging Through Random Media by Use of Low-Coherence Optical Heterodyning, Opt. Lett. 1995, 20， 404-406， D. S. Wiersma, M. P. van Albada， An Accurate Technique to Record the Angular Distribution of Backscattered Light, Rev. Sci. Instr亂 1995， 66,5473-5476)另一 种方法是使用电荷耦合器件CCD进行测量，又分为直接测量和间接测量两种。使用CCD来进 行测量的本意是为了降低复杂度，提高测量的速度。从已有的报道来看，直接测量时为了提 高信噪比，主要采用了提高CCD的积分时间和多次测量数据叠加这两种方法，但在噪声比较 严重的情况下，提高积分时间有利于对信号的记录，但是对信噪比的提高效果有限，而多次 测量然后数据相叠加的方法需要大量重复的测量才能有效提高信噪比，延长了测量时间，不 利于对样品不稳定情况的测量。(相关文献G..Yoon, D.N.G. Roy and R. C. Straight, Coherent Backscattering in Biological Media: Measurement and Estimation of Optical Properties, AppL Opt. ， 1993, 32， 580-585; G. .Labeyrie， C.A.Muller， D.S.Wiersma, et al， Observation of Coherent Backscattering of Light by Cold Atoms, J". Opt. B: Quantum.Semiclass. Opt. ， 2000,2,672-685)而间接测量则是利用外差法进行测量，其缺点是装置 复杂，对数据的处理烦琐。(相关文献:Max Lesaffre, Michael Atlan， and Michel Gross, Effect of the Photon' s Brownian Doppler Shift on the Weak-Localization Coherent-Backscattering Cone, Phys. Rev. Lett., 2006,97,33901)
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷和不足，解决目前测量相干背散射中存在的复杂而耗时的 问题，本技术提供一种能够快速简捷地测量相干背散射的装置，并能够迅速得到其中包 含的光子平均自由程的信息。本技术的技术方案如下一种使用面阵CCD快速测量相干背散射的装置，包括激光器(偏振光输出)、衰减器、 反射镜、空间光滤波扩束准直器、分束镜、消光器、柱透镜、微型计算机、面阵电荷耦合器件CCD和平面反射镜，其特征在于激光器后面放置衰减器，衰减器后面放置反射镜；空间光 滤波扩束准直器由两个透镜和小孔光阑组成，小孔光阑位于两个透镜中间，空间光滤波扩束 准直器位于反射镜之后、分束镜之前；位于分束镜之后纵向放置消光器，横向前端放置平面 反射镜，横向后端放置柱透镜，面阵电荷耦合器件CCD置于柱透镜后面并和微型计算机相连接。所述的消光器的设计是呈布儒斯特角倾斜的黑色玻璃片。所述的柱透镜的轴线垂直于光路方向。所述的面阵电荷耦合器件位于柱透镜的焦平面上。位于分束镜之后横向前端放置的平面反射镜在测量系统响应时使用，同时用于电荷耦合器件CCD的精确位置的调节；当测量样品时应将待测样品放置在平面反射镜所在的位置。，本技术装置的工作过程为从激光器中输出的偏振的激光经衰减器调节后获得合适 的光强，然后经反射镜反射到空间光滤波扩束准直器中，经过空间光滤波扩束准直器调节为 接近于平行的光束，经准直后的光照射到分束镜上， 一部分继续传播，被消光器吸收，由于 消光器是呈布儒斯特角倾斜的黑色玻璃片，能够有效消除照射到上面的激光，防止反向反射 的光造成的干扰。从分束镜反射的光照射到样品上，其相干背散射的光经过分束镜，照射到 柱透镜上，经柱透镜聚焦后在CCD上成像并被记录到微型计算机上，由计算机记录的数据直 接使用相干背散射的公式进行拟合即可得到光子传输平均自由程。柱透镜的焦距需要根据实际情况来选择，不同的样品对应的最合适的透镜焦距不同。柱透镜的焦距由要测量的样品的平均自由程的情况来决定，和CCD的参数结合，影响到测量的 范围和精度。柱透镜的焦距及位置要求把信号聚焦并成像在CCD接收面上。把样品替换成垂直于光路的反射镜，调节衰减器，则可以测出测量装置的系统响应。在 系统分辨率(系统响应)远远小于信号的宽度情况下，可以对数据进行直接处理，否则需要 对数据进行解巻积处理，因此要合理设置测量装置图中各器件的参数，才能够保证系统响应 远小于信号宽度的。一种利用上述装置测量相干背散射的方法，步骤如下a.打开激光器，调节衰减器改变激光的输出光强，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用面阵ＣＣＤ快速测量相干背散射的装置，包括：激光器、衰减器、反射镜、空间光滤波扩束准直器、分束镜、消光器、柱透镜、微型计算机、面阵电荷耦合器件ＣＣＤ和平面反射镜，其特征在于激光器后面放置衰减器，衰减器后面放置反射镜；空间光滤波扩束准直器由两个透镜和小孔光阑组成，小孔光阑位于两个透镜中间，空间光滤波扩束准直器位于反射镜之后、分束镜之前；位于分束镜之后纵向放置消光器，横向前端放置平面反射镜，横向后端放置柱透镜，面阵电荷耦合器件ＣＣＤ置于柱透镜后面并和微型计算机相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：范书振，张行愚，王青圃，张琛，丛振华，张晓磊，秦增光，张真，刘兆军，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：88[中国|济南]