反向共线瞬态热反射测量系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种反向共线瞬态热反射测量系统，该系统用于测量待测样品（４），该系统包括偏振输出脉冲激光器（１）、分束器（２）、波片（３）、第一偏振器（５）、第二偏振器（１０）、声光调制器（８）、大直角棱镜（２２）、位移平台（２３）、第一偏振分束器（１３）、第二偏振分束器（１８）、光电探测器（１２）、第三反射镜（２１）、第三凸透镜（１５）、第四凸透镜（１６）、第二扩束镜（１７）和光路截止挡板（２０），待测样品（４）设置在第三凸透镜（１５）和第四凸透镜（１６）之间。该测量系统减少光学元器件，简化调节过程，提高探测信号的信噪比，并兼顾到材料的吸收和反射特性。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于激光
，涉及到超快脉冲激光泵浦探测技术，尤其涉及到 基于泵浦探测技术的反向共线瞬态热反射测量系统。
技术介绍
随着超快脉冲激光技术的不断发展和成熟，作为研究和测量工具的激光泵浦探测 技术在物理、化学、生物等领域也有着越来越重要的应用。在非稳态热学过程中，尤其是在 微尺度传热过程中，基于泵浦探测技术发展而来的瞬态热反射法更是一种有效的、非接触 式的、无损的方法。在以往的瞬态热反射测量系统中，主要有以下几种思路①泵浦光和探测光采用 不同的波长，这就需要加入非线性晶体实现激光波长的转换，并加入不同波段的滤光片；② 泵浦光和探测光采用共线的方式入射到样品表面，这种方法无法有效地利用样品材料对入 射偏振光的反射和吸收特性，且泵浦光对探测光干扰大，获得的信号有较大的背景噪声；③ 还有就是将泵浦光和探测光独立处理，此方法虽然能够很好地利用材料的吸收和反射特 性，但是调节过程复杂，较为不便。
技术实现思路
技术问题本技术要解决的技术问题是解决测量系统光学元器件较多、调节 过分复杂的问题，提高探测信号的信噪比，并兼顾材料的吸收和反射特性，为此，本实用新 型提供一种反向共线瞬态热反射测量系统。技术方案为解决上述技术问题，本技术提供的技术方案为一种反向共线 瞬态热反射测量系统，该系统用于测量待测样品，该系统包括偏振输出脉冲激光器、分束 器、波片、第一偏振器、第二偏振器、声光调制器、大直角棱镜、位移平台、第一偏振分束器、 第二偏振分束器、光电探测器、第三反射镜、第三凸透镜、第四凸透镜、第二扩束镜和光路截 止挡板，待测样品设置在第三凸透镜和第四凸透镜之间，其中，偏振输出脉冲激光器，用于输出偏振态脉冲激光束；分束器，用于将偏振输出脉冲激光器输出的偏振态脉冲激光束分成透过该分束器 且由波片接收的泵浦光和由该分束器反射且由第三反射镜接收的探测光；波片，接受通过分束器分成的泵浦光，用于旋转激光束偏振方向；第一偏振器，接收通过波片旋转偏振方向的泵浦光，使输出泵浦光偏振方向与偏 振输出脉冲激光器输出的偏振态脉冲激光束偏振方向垂直；第一反射镜，接收经第一偏振器的泵浦光并反射该泵浦光；第一凸透镜，接收并聚焦缩束经过第一反射镜反射的泵浦光；声光调制器，接收并调制经第一凸透镜聚焦缩束的泵浦光，用于输出调制的泵浦 光；光阑，用于通过已经声光调制器调制的泵浦光，并阻挡其他衍射光；第一偏振分束器，用于反射通过光阑的已调制的泵浦光；第一扩束镜，用于接收第一偏振分束器反射的已调制泵浦光，将其光斑放大；第三凸透镜，用于将通过第一扩束镜的已调制泵浦光汇聚到样品表面；第四凸透镜，用于将从样品表面反射的已调制泵浦光近似平行入射至第二扩束 镜；第二扩束镜，用于接收通过第四凸透镜的已调制泵浦光，将其光斑缩小；第二偏振分束器，用于反射通过第二扩束镜的已调制泵浦光，使之入射至光路截 止挡板；光路截止挡板，用于阻挡第二偏振分束器反射的已调制泵浦光；第三反射镜，用于接收并反射分束器反射出的探测光；大直角棱镜，利用全反射接收的经过第三反射镜反射的探测光，并改变探测光的 光路路方向，使探测光的光路方向改变180度；位移平台，其移动方向和第三反射镜入射至大直角棱镜的方向平行；第二反射镜，用于反射通过大直角棱镜的探测光；第二偏振分束器，还用于透过第二反射镜反射的探测光；第二扩束镜，还用于接收透过第二偏振分束器的探测光，将其光斑放大；第四凸透镜，还用于将通过第二扩束镜的探测光到样品表面；第三凸透镜，还用于将从样品表面反射的探测光近似平行入射至第一扩束镜；第一扩束镜，还用于接收通过第三凸透镜的偏振探测光，将其光斑缩小；第一偏振分束器，还用于接收通过第一扩束镜的探测光，使之透过并入射至第二 偏振器；第二偏振器，还用于接收透过第一偏振分束器的探测光，并过滤掉和探测光偏振 方向不同的杂散光。优选的，所述偏振输出脉冲激光器是波长700 900nm的钛宝石飞秒激光器，重复 频率76MHz，脉冲宽度约lOOfs。优选的，所述分束器采用约90%透过、10%反射的分束器。优选的，波片采用二分之一波片。优选的，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜采用45度全反镜。优选的，第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜和第四凸透镜的焦距范围在50 300mm之间选取。优选的，声光调制器的调制频率范围为IkHz 10MHz。优选的，光电探测器采用响应时间小于2ns的探测器。优选的，第一扩束镜和第二扩束镜分别采用3 5倍扩束镜。优选的，位移平台移动精度为每步100纳米，扫描范围大于150毫米，相应的光程 延时范围大于Ins。有益效果本技术将偏振方向垂直的光分别通过样品的反射实现反向共线。 这样，能够有效地减少光学元件，简化调节过程，提高探测信号的信噪比，并兼顾到材料的 吸收和反射特性。附图说明附图1是本技术实施例中的结构示意图主要部件说明如下1.偏振输出脉冲激光器；2.分束器；3.波片；4.待测样品；5.第一偏振器；6.第一反射镜；7.第一凸透镜；8.声光调制器；9.光阑；10.第二偏振器；11.第二凸透镜；12.光电探测器；13.第一偏振分束器；14.第一扩束镜；15.第三凸透镜；16.第四凸透镜；17.第二扩束镜；18.第二偏振分束器；19.第二反射镜；20.光路截止挡板；21.第三反射镜；22.大直角棱镜；23.位移平台。具体实施方式以下结合附图对本技术做进一步说明。应指出的是，所描述的实例仅旨在便 于对本技术的理解，而不对其起任何限定作用。本技术提供的反向共线瞬态热反射测量系统，该系统用于测量待测样品4，该 系统包括偏振输出脉冲激光器1、分束器2、波片3、第一偏振器5、第二偏振器10、声光调制 器8、大直角棱镜22、位移平台23、第一偏振分束器13、第二偏振分束器18、光电探测器12、 第三反射镜21、第三凸透镜15、第四凸透镜16、第二扩束镜17和光路截止挡板20，待测样 品4设置在第三凸透镜15和第四凸透镜16之间，其中，偏振输出脉冲激光器1，用于输出偏振态脉冲激光束；分束器2，用于将偏振输出脉冲激光器1输出的偏振态脉冲激光束分成透过该分 束器2且由波片3接收的泵浦光和由该分束器2反射且由第三反射镜21接收的探测光；波片3，接受通过分束器2分成的泵浦光，用于旋转激光束偏振方向；6第一偏振器5，接收通过波片3旋转偏振方向的泵浦光，使输出泵浦光偏振方向与 偏振输出脉冲激光器1输出的偏振态脉冲激光束偏振方向垂直；第一反射镜6，接收经第一偏振器5的泵浦光并反射该泵浦光；第一凸透镜7，接收并聚焦缩束经过第一反射镜6反射的泵浦光；声光调制器8，接收并调制经第一凸透镜7聚焦缩束的泵浦光，用于输出调制的泵 浦光；光阑9，用于通过已经声光调制器8调制的泵浦光，并阻挡其他衍射光；第一偏振分束器13，用于反射通过光阑9的已调制的泵浦光；第一扩束镜14，用于接收第一偏振分束器13反射的已调制泵浦光，将其光斑放 大；第三凸透镜15，用于将通过第一扩束镜14的已调制泵浦光汇聚到样品4表面；第四凸透镜16，用于将从样品4表面反射的已调制泵浦光近似平行入射至第二扩 束镜17 ；第二扩束镜17，用于接收通过第四凸透镜16的已调制泵浦光，将其光斑缩小；第二偏振分束器18，用于反射通过第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向共线瞬态热反射测量系统，该系统用于测量待测样品（４），其特征在于：该系统包括偏振输出脉冲激光器（１）、分束器（２）、波片（３）、第一偏振器（５）、第二偏振器（１０）、声光调制器（８）、大直角棱镜（２２）、位移平台（２３）、第一偏振分束器（１３）、第二偏振分束器（１８）、光电探测器（１２）、第三反射镜（２１）、第三凸透镜（１５）、第四凸透镜（１６）、第二扩束镜（１７）和光路截止挡板（２０），待测样品（４）设置在第三凸透镜（１５）和第四凸透镜（１６）之间，其中，偏振输出脉第一扩束镜（１４）；第一扩束镜（１４），还用于接收通过第三凸透镜（１５）的偏振探测光，将其光斑缩小；第一偏振分束器（１３），还用于接收通过第一扩束镜（１４）的探测光，使之透过并入射至第二偏振器（１０）；第二偏振器（１０），还用于接收透过第一偏振分束器（１３）的探测光，并过滤掉和探测光偏振方向不同的杂散光。冲激光器（１），用于输出偏振态脉冲激光束；分束器（２），用于将偏振输出脉冲激光器（１）输出的偏振态脉冲激光束分成透过该分束器（２）且由波片（３）接收的泵浦光和由该分束器（２）反射且由第三反射镜（２１）接收的探测光；波片（３），接受通过分束器（２）分成的泵浦光，用于旋转激光束偏振方向；第一偏振器（５），接收通过波片（３）旋转偏振方向的泵浦光，使输出泵浦光偏振方向与偏振输出脉冲激光器（１）输出的偏振态脉冲激光束偏振方向垂直；第一反射镜（６），接收经第一偏振器（５）的泵浦光并反射该泵浦光；第一凸透镜（７），接收并聚焦缩束经过第一反射镜（６）反射的泵浦光；声光调制器（８），接收并调制经第一凸透镜（７）聚焦缩束的泵浦光，用于输出调制的泵浦光；光阑（９），用于通过已经声光调制器（８）调制的泵浦光，并阻挡其他衍射光；第一偏振分束器（１３），用于反射通过光阑（９）的已调制的泵浦光；第一扩束镜（１４），用于接收第一偏振分束器（１３）反射的已调制泵浦光，将其光斑放大；第三凸透镜（１５），用于将通过第一扩束镜（１４）的已调制泵浦光汇聚到样品（４）表面；第四凸透镜（１６），用于将从样品（４）表面反射的已调制泵浦光近似平行入射至第二扩束镜（１７）；第二扩束镜（１７），用于接收通过第四凸透镜（１６）的已调制泵浦光，将其光斑缩小；第二偏振分束器（１８），用于反射通过第二扩束镜（１７）的已调制泵浦光，使之入射至光路截止挡板（２０）；光路截止挡板（２０），用于阻挡第二偏振分...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云飞，郑月明，毕可东，李剑，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84[]