一种测量材料的热光系数的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于非线性光子学领域，公开了一种测量材料的热光系数的装置，包括激光器、扩束准直镜、线偏振片、聚焦透镜、光声功率探测器；激光器发出入射激光束，依次经过扩束准直镜和线偏振片后入射至聚焦透镜；待测样品放置于聚焦透镜的像方焦点附近；入射激光束穿过待测样品后进入光声功率探测器。待测样品在聚焦透镜像方焦点附近不同位置具有不同的折射率，到达光声功率探测器处的光声信号的大小随折射率改变，根据光声功率探测器接收光信号进而获得待测样品的热光系数。本申请光路简单，测量精度高，测量波段宽，可应用于材料的非线性吸收与折射的测量。吸收与折射的测量。吸收与折射的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种测量材料的热光系数的装置


[0001]本申请属于非线性光子学领域，具体涉及一种非线性光学材料热光系数测量装置。

技术介绍

[0002]光声功率探测器的原理是光声效应，1880年美国科学家A.G.Bell首先发现固体中的光声效应，并在1881年和J.Tyndall，W.Ronetgen等人通过实验补充发现了在气体和液体中存在的光声效应。但在那之后50年，由于当时设备器件的精度不足，有关光声技术的研究处于长期停滞。21世纪以来，光声光谱技术的相关理论得到不断完善，光源及传声器也得到进一步发展，该领域有了实质性的飞跃，表现为：低噪声、高灵敏度的光声池设计大幅度提高了检测灵敏度；新式声波传感器也进一步提高光声信号检测的灵敏度；计算机、自动控制及数据处理技术为实现基于光声光谱的多组分气体在线分析和实时连续检测提供了基础。
[0003]光声功率探测器的响应灵敏度受波长变化的影响很小，可以测出光电探测器准确的相对光谱响应曲线，从而可解决光源功率对光电探测器光谱响应影响。光声功率探测器比普通的光电热释探测器灵敏度要高，结合锁相放大功能的采集器，可精确测量到μW级。可以简单方便地获得一个宽波段的，特别是中远红外的光功率探测器。
[0004]热光效应指材料的折射率会随着温度的增加而改变的这一性质，热光系数决定了折射率随温度的变化情况。这种特性在光电子领域有着广泛的应用，比如可调耦合器、滤波器和传感器。近年来研究比较多的热光效应的应用为光交换中的热光效应开关，其具有稳定性优良、尺寸较小容易集成、可以大规模生产等优点。另外还有一大批器件例如：热光效应传感器、可调耦合器、滤波器等都应用了热光效应。测量材料热光系数的方法大多需要能量计(功率计)等价格昂贵的测量工具，特别在红外波段，价格更加昂贵。
[0005]以往光学非线性测量中存在光电探测器量子效率对光源波长的选择性差、热释电功率探测器灵敏度较低的技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决
技术介绍
中指出的问题，提出的技术方案如下。
[0007]一种测量材料的热光系数的装置，包括激光器、扩束准直镜、线偏振片、聚焦透镜、光声功率探测器；激光器发出入射激光束，入射激光束依次经过扩束准直镜和线偏振片后入射至聚焦透镜；待测样品放置于聚焦透镜的像方焦点附近；入射激光束穿过待测样品后产生热光效应；热光效应的信号光进入光声功率探测器。
[0008]工作原理为：所述的激光器发出的光经所述扩束准直镜和线偏振片后变成光功率可调的激光；待测样品沿着光轴在聚焦透镜像方焦点附近不同位置具有不同的折射率，从而到达光声功率探测器处的光斑大小发生变化，光声信号的大小随之改变，光声功率探测器在探测不同光功率下的激光功率，根据光声功率探测器接收光信号进而获得待测样品的热光系数。
[0009]优选方案为：沿光轴方向移动待测样品，用所述的光声功率探测器测量不同样品位置的光声信号。
[0010]进一步地：还包括样品架，样品架设置于滑轨上，滑轨方向为聚焦透镜光轴方向。待测样品放置在样品架上，可沿着滑轨在光轴上移动，从而在聚焦透镜的像方焦点附近不同位置采集不同的功率数值。
[0011]优选地：聚焦透镜的像方焦点处设置小孔滤波器；待测样品置于聚焦透镜和小孔滤波器之间。
[0012]优选地：光声功率探测器包括斩波器、光声池、微音器、锁相放大数据采集卡；光声池前设置所述斩波片，斩波片具有固定频率，产生相同频率的脉冲激光；微音器设置于光声池内壁，用于检测光声信号；微音器将采集的信号传输至锁相放大数据采集卡。入射激光束透过待测样品后，经斩波器被调制为与斩波器相同频率的脉冲激光，脉冲激光入射至设置于光声池内壁的微音器，微音器将采集的信号传输至锁相放大数据采集卡。
[0013]优选地：光声池内底部设置有基片，所述基片表面涂有光吸收介质层。光吸收介质层用于吸收光声池内的脉冲激光热量，
[0014]优选地：光吸收介质层材料选用碳黑。根据光声原理制作了一种高灵敏度的激光功率光声探测器。
[0015]本技术具有以下优点：
[0016]1.装置灵敏度高，解决光源功率对光电探测器光谱响应影响；
[0017]2.光路简便，操作简单；
[0018]3.可以非常容易实现一个宽波段的，特别是中远红外的材料光学性质的测量。
附图说明
[0019]图1为一种测量材料的热光系数的装置示意图；
[0020]图2为测量材料的热光系数的装置定标曲线图；
[0021]图3为不同激光功率测量曲线图；
[0022]图4为不同线性透过率测量曲线图；
[0023]图5为光声功率探测器结构示意图；
[0024]其中：1.激光器；2.扩束准直镜；3.线偏振片；4.聚焦透镜；5.待测样品；6.光声功率探测器；7.光声池；8.吸收介质层；9.基片；10.斩波器；11.微音器；12.锁相放大数据采集卡。
具体实施方式
[0025]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将合附图对本申请做进一步的详细描述。
[0026]实施例一
[0027]一种测量材料的热光系数的装置，如图1所示，包括激光器1、扩束准直镜2、线偏振片3、聚焦透镜4、光声功率探测器6；激光器发出入射激光束，入射激光束依次经过扩束准直镜和线偏振片后入射至聚焦透镜；待测样品5放置于聚焦透镜的像方焦点附近；入射激光束穿过待测样品后产生热光效应；热光效应的信号光进入光声功率探测器。
[0028]实施例二
[0029]实施例一基础上的一种测量材料的热光系数的装置，如图5所示，光声功率探测器包括斩波器10、光声池7、微音器11、锁相放大数据采集卡12；
[0030]光声池前设置所述斩波片，斩波片具有固定频率，产生相同频率的脉冲激光；
[0031]光声池内底部设置有基片9，所述基片表面涂有光吸收介质层8；
[0032]微音器设置于光声池内壁，用于检测光声信号；
[0033]微音器将采集的信号传输至锁相放大数据采集卡。
[0034]测量材料的热光系数的装置的使用方法为：
[0035]1.对光声功率探测器进行定标。首先利用光电功率计测量激光器发出的入射激光束功率，再将光声功率探测器读出光声信号。采用不同的光功率，将光电功率计的读数作为纵坐标(mV)，锁相放大数据采集卡上的光声信号数据作为横坐标(mV)绘制定标曲线。
[0036]2.将待测样品从透镜焦点一侧移动到焦点的另一侧，移动一个位置记录一次光声信号值，最终形成光声信号和位置的变化曲线。
[0037]3.对实验结果进行数值模拟，获得材料的热光系数。
[0038]进一步地利用吸收系数接近1的碳黑作为光吸收介质，光电功率计探头放到样品处，光打在探头上，读出辅助光功率计的示数即为光源功率，之后再将探头拿开读出锁相放大数据采集卡上的光声信号。采用不同的光功率，将辅助功率计的读数作为纵坐标(mV)，锁相放大数据采集卡上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量材料的热光系数的装置，其特征在于：包括激光器、扩束准直镜、线偏振片、聚焦透镜、光声功率探测器；激光器发出入射激光束，依次经过扩束准直镜和线偏振片后入射至聚焦透镜；待测样品放置于聚焦透镜的像方焦点附近；入射激光束穿过待测样品后进入光声功率探测器。2.根据权利要求1所述的一种测量材料的热光系数的装置，其特征在于：沿光轴方向移动待测样品，用所述的光声功率探测器测量不同样品位置的光声信号。3.根据权利要求2所述的一种测量材料的热光系数的装置，其特征在于：包括样品架，样品架设置于滑轨上，滑轨方向为聚焦透镜光轴方向。4.根据权利要求1所述的一种测量材料的热光系数的装置，其特征在于：聚焦透镜的像方焦点处设置小孔滤波器；待测...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊义，林桐玉，杨蕾，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：