激光测温方法及激光测温系统技术方案

本发明专利技术涉及一种激光测温方法及激光测温系统。该激光测温方法包括步骤：根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到最佳拟合值A、B；获取待测样品在被激光照射后产生的当前温度下的自发辐射的光谱积分强度I1；根据光谱积分强度I1，通过计算公式确定峰强度的比值R，其中I2为待测样品在70K时的光谱仪实测积分强度；当待测样品的目标温度为180K以下时，通过计算公式确定当前温度值T。该激光测温方法，使得待测样品的温度测量更加精确，即使在低温环境也能够根据待测物体产生的自发辐射分析出待测样品的温度，并且更加适用于空间小尺寸的温度测量。小尺寸的温度测量。小尺寸的温度测量。

【技术实现步骤摘要】
激光测温方法及激光测温系统


[0001]本专利技术涉及量子精密测量
，特别是涉及激光测温方法及激光测温系统。

技术介绍

[0002]随着温度测量逐渐成为材料研究、生物医药等许多领域的重要参数，科学研究中对于温度测量的精度要求也逐渐提高。传统的温度测量手段有热电偶测温、红外测温等方法。热电偶测温其原理为利用半导体两结点处的温度不同产生的热电效应并测量其热电动势实现测温的方法。由于热电偶测温属于接触式测温，其对于测温条件的要求较高，冷端温度发生变化则会对测量结果产生影响。红外测温是基于一切高于绝对零度的物体都在向周围空间发射红外辐射能量的原理，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，测定它的表面温度的方法，由于红外测温的结果属于平均的结果，在高精度、微纳尺度的温度测量范围无法较好地发挥其测温功能，测量结果不够理想。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要针对传统测温方法存在精度不高、不适用于空间小尺寸的温度测量问题，提供一种激光测温方法及激光测温系统。
[0004]一种激光测温方法，包括如下步骤：
[0005]根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到最佳拟合值A、B；
[0006]获取待测样品在被激光照射后产生的当前温度下的自发辐射的光谱积分强度I1；
[0007]根据所述光谱积分强度I1，通过计算公式确定峰强度的比值R，其中I2为所述待测样品在70K时的光谱仪实测积分强度；
[0008]当所述待测样品的目标温度为180K以下时，通过计算公式确定当前温度值T。
[0009]上述激光测温方法，使用激光作为信息传递的载体，通过待测物体受到激光激发后产生自发辐射的光谱积分强度作为信息数据，由于光波长的计量单位为纳米级，从而使得待测样品的温度测量更加精确，即使在低温环境也能够根据待测物体产生的自发辐射分析出待测样品的温度，并且更加适用于空间小尺寸的温度测量；使用激光测量，即非接触式测量方法，使得待测样品的相对距离能够根据实际需要进行灵活调整；通过根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到最佳拟合值，使得在实际应用过程中的温度计算公式更加准确。
[0010]在其中一个实施例中，所述激光测温方法还包括如下步骤：
[0011]当待测样品的目标温度为180K以上时，通过将峰强度比值R对照表格“R
‑
T对照表”，查得当前温度值T，所述“R
‑
T对照表”为通过热敏电阻标定法求得。
[0012]在其中一个实施例中，根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到A、B，具体包括如下步骤：
[0013]取N个测量点，通过热敏电阻进行配合测温，得到不同温度T
n
下的待测样品所对应的自发辐射的光谱积分强度I(T
n
)；通过均方差公式)；通过均方差公式以及拟合函数i(T)＝Be
‑
A/T
，求得均方差E的值；当均方差E为最小值时，所对应的A、B为最佳拟合值。
[0014]在其中一个实施例中，获取待测样品在被激光照射后产生的当前温度下的光谱积分强度I1，具体包括如下步骤：
[0015]泵浦激光源发射波长为750nm
‑
780nm的激光作为入射光进入光学组件；所述光学组件传递并整理所述入射光后，形成出射光照射于所述待测样品；所述待测样品在所述出射光的照射下形成自发辐射，所述自发辐射照射于光谱仪；所述光谱仪测得所述待测样品在被照射后产生的当前温度下的所述光谱积分强度I1，并传输于控制器。
[0016]在其中一个实施例中，泵浦激光源发射波长为750nm
‑
780nm的激光作为入射光进入光学组件，还包括如下步骤：
[0017]室温时校准所述光谱仪的参数；对所述待测样品进行降温，测量所述待测样品在70K时的光谱仪实测数据I2。
[0018]在其中一个实施例中，校准所述光谱仪的参数，具体包括如下步骤：
[0019]在未放置所述待测样品以及所述泵浦激光源关闭的情况下，通过黑体辐射源搜集光路系统本底的波动调制光谱，所述波动调制光谱作为所述光谱仪后期进行光谱数据测量的标准；手动匹配获得最优分辨率以及最优单谱线的半高宽高斯分布参数。
[0020]一种激光测温系统，包括：
[0021]泵浦激光源，所述泵浦激光源发射连续激光作为入射光；
[0022]光学组件，所述光学组件传递并整理所述入射光后形成出射光，所述出射光用于照射于待测样品，所述待测样品在所述出射光的照射下产生自发辐射；
[0023]光谱仪，所述光谱仪用于采集所述自发辐射的光谱的特定谱线；
[0024]控制器，所述控制器用于收集光谱仪的采集数据，所述采集数据用于计算所述待测样品的温度。
[0025]在其中一个实施例中，所述入射光的中心波长的范围为750
‑
780nm。
[0026]在其中一个实施例中，所述待测样品为含有硅空位色心的金刚石材料。
[0027]在其中一个实施例中，所述光学组件包括反射镜以及半透镜，所述入射光经过所述反射镜反射、所述半透镜反射后形成出射光。
[0028]在其中一个实施例中，所述反射镜与所述入射光呈45
°
夹角设置，所述半透镜与所述反射镜相互平行放置，所述待测样品受所述出射光照射的一面与所述出射光相互垂直。
[0029]在其中一个实施例中，所述光学组件还包括调焦镜组，所述调焦镜组设于所述半透镜与所述待测样品之间，所述调焦镜组的中心轴线与所述自发辐射重合，所述调焦镜组用于调节照射于所述待测样品的光斑大小，从而获得不同的测量区域。
[0030]在其中一个实施例中，所述光学组件还包括聚焦镜组，所述聚焦镜组设于所述半透镜与所述光谱仪之间，所述聚焦镜组的中心轴线与所述自发辐射重合，所述聚焦镜组用
于汇聚所述自发辐射于所述光谱仪。
[0031]上述激光测温系统，使用泵浦激光源发射连续激光作为入射光，并通过光学组件对入射光进行传递与整合形成出射光，使得出射光照射在待测样品上；利用其经出射光照射后产生的自发辐射中的反斯托克斯自发辐射光谱对温度的敏感性，将自发辐射传输于光谱仪，光谱仪采集自发辐射的光谱的特定谱线后传输于控制器，并通过控制器计算出待测样品的温度，由于金刚石中的缺陷中心以类原子能级存在的固态体系，适用于对微纳尺寸的温度测量。
附图说明
[0032]图1为一实施例的激光测温方法的流程示意图；
[0033]图2为图1一实施例中S10步骤所包含的步骤的流程示意图；
[0034]图3为图1一实施例中S20步骤所包含的步骤的流程示意图；
[0035]图4为图1一实施例中S00步骤所包含的步骤的流程示意图；
[0036]图5为使用中心波长为7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光测温方法，其特征在于，包括如下步骤：根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到最佳拟合值A、B；获取待测样品在被激光照射后产生的当前温度下的自发辐射的光谱积分强度I1；根据所述光谱积分强度I1，通过计算公式确定峰强度的比值R，其中I2为所述待测样品在70K时的光谱仪实测积分强度；当所述待测样品的目标温度为180K以下时，通过计算公式确定当前温度值T。2.根据权利要求1所述的激光测温方法，其特征在于，所述激光测温方法还包括如下步骤：当待测样品的目标温度为180K以上时，通过将峰强度比值R对照表格“R
‑
T对照表”，查得当前温度值T，所述“R
‑
T对照表”为通过热敏电阻标定法求得。3.根据权利要求1所述的激光测温方法，其特征在于，根据不同温度下待测样品的自发辐射的光谱积分强度通过最小方差的方式进行荧光温度依赖关系拟合得到A、B，具体包括如下步骤：取N个测量点，通过热敏电阻进行配合测温，得到不同温度T
n
下的待测样品所对应的自发辐射的光谱积分强度I(T
n
)；通过均方差公式以及拟合函数i(T)＝Be
‑
A/T
，求得均方差E的值；当均方差E为最小值时，所对应的A、B为最佳拟合值。4.根据权利要求1所述的激光测温方法，其特征在于，获取待测样品在被激光照射后产生的当前温度下的光谱积分强度I1，具体包括如下步骤：泵浦激光源发射波长为750nm
‑
780nm的激光作为入射光进入光学组件；所述光学组件传递并整理所述入射光后，形成出射光照射于所述待测样品；所述待测样品在所述出射光的照射下形成自发辐射，所述自发辐射照射于光谱仪；所述光谱仪测得所述待测样品在被照射后产生的当前温度下的所述光谱积分强度I1，并传输于控制器。5.根据权利要求4所述的激光测温方法，其特征在于，泵浦激光源发射波长为750nm
‑
780nm的激光作为入射光进入光学组件，还包括如下步骤：室温时校准所述光谱仪的参数；对所述待测样品进行降温，测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭浩，刘冰，李媛媛，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：