测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及非接触式测量领域，尤其是涉及测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置及方法。本发明专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种可测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置及方法。具体通过探测光发射光路、信号接收光路以及信号处理计算机获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变；所述探测光发射光路提供宽谱带探测光，所述信号接收光路收集从金刚石压砧前台面返回的信号光和从其后台面返回的参考光，两束光在信号接收光路的光纤光谱仪中发生频谱干涉；通过计算机处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非接触式测量领域，尤其是涉及。
技术介绍
金刚石压机(DAC)的专利技术与应用是静高压实验研究领域的重大突破，也是目前静高压研究领域最普遍的高压产生装置，它产生超高压的能力为人们提供了更深层次认识物质在极端高温高压条件下物理、化学性质的可能。借助DAC加载技术，人们开展了物质在极端高温高压条件下的相变、状态方程、强度、声速以及光学性质、磁学性质、电学性质等的研究。在利用DAC进行电导率、声速以及压力梯度法强度等测量中，样品厚度的原位精确测量至关重要，而金刚石压砧和封垫在高压下的形变会严重影响样品厚度的精确测量。如果能够得到金刚石压砧在高温高压条件下的形变信息，则可以对高压下样品的厚度进行精修，从而提高实验精度。对金刚石压砧在高压下的形变主要有有限元数值模拟、X光透射成像以及接触式千分尺测量等方法进行评估；有限元数值模拟依赖于所建立的模型以及金刚石压砧和封垫材料的特性参数，X光透射成像法需要高亮度的同步辐射光源、耗费大量珍贵的同步辐射机时，千分尺测量法属于接触式测量、测量精度有限、并且无法给出压砧台面变形的形貌。综上所述，目前尚无有效的方法对金刚石压砧在高温高压下的形变进行测量，难以满足在DAC加载条件下对样品厚度进行原位精确测量的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的问题，提供一种可。本专利技术中包括探测光发射光路、信号接收光路以及信号处理计算机；所述探测光发射光路提供宽谱带探测光，所述信号接收光路收集从金刚石压砧前台面返回的信号光和从其后台面返回的参考光，两束光在信号接收光路的光纤光谱仪中发生频谱干涉；通过计算机处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变。本专利技术采用的技术方案如下:一种测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置包括探测光发射光路、信号接收光路以及信号处理计算机；所述探测光发射光路提供宽谱带探测光，所述信号接收光路收集从金刚石压砧前台面返回的信号光和从其后台面返回的参考光，两束光在信号接收光路的光纤光谱仪中发生频谱干涉；通过计算机处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变。优选的，所述探测光发射光路包括:带尾纤的宽带光源10，用于发出探测光；三端口光纤环形器11，通过光纤环形器11第一端口将宽带光源10输入的探测光，从光纤环形器11第二端口输出；光纤准直器13，用于将光纤环形器11第二端口输出的探测光转变成自由空间传输的准直光，并通过光纤准直器13带增透膜一端输出；显微物镜6，用于将光纤准直器13输出的准直光聚焦到金刚石压砧7前台面；优选的，所述信号接收光路包括:显微物镜6，用于收集从金刚石压砧7后台面返回的参考光和从其前台面返回的信号光;光纤准直器13,用于将显微物镜6收集的参考光和信号光稱合进入光纤,并通过光纤准直器13带尾纤一端输出；光纤环形器11，将光纤环形器11的第二端口与光纤准直器13尾纤连接，将收集的参考光和信号光从光纤环形器11第三端口输出；光纤光谱仪15,用于接收光纤环形器11第三端口输出的参考光和信号光,并记录参考光和信号光在频谱域内发生的频谱干涉信号；优选的，所述计算机16接收和处理光纤光谱仪15输出的频谱干涉信号，计算得到金刚石压砧7在各点处的厚度值，进而分析得到金刚石压砧7在高温高压条件下的形变信息，具体过程包括:步骤1:宽带光源10的光谱分布为Etl ( λ )，则从金刚石压砧7前后台面返回的信号光、参考光的光谱分布E1 (λ)、E2 (λ)可以分别写为: 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于包括探测光发射光路、信号接收光路以及信号处理计算机；所述探测光发射光路提供宽谱带探测光，所述信号接收光路收集从金刚石压砧前台面返回的信号光和从其后台面返回的参考光，两束光在信号接收光路的光纤光谱仪中发生频谱干涉；通过计算机处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变。

【技术特征摘要】
1.一种测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于包括探测光发射光路、信号接收光路以及信号处理计算机；所述探测光发射光路提供宽谱带探测光，所述信号接收光路收集从金刚石压砧前台面返回的信号光和从其后台面返回的参考光，两束光在信号接收光路的光纤光谱仪中发生频谱干涉；通过计算机处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，获得金刚石压砧在极端高温高压条件下的形变。2.根据权利要求1所述的测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于所述探测光发射光路包括: 带尾纤的宽带光源，用于发出探测光； 光纤环形器，通过光纤环形器第一端口将宽带光源输入的探测光，从光纤环形器第二端口输出； 光纤准直器，用于将光纤环形器第二端口输出的探测光转变成自由空间传输的准直光，并通过光纤准直器带增透膜一端输出； 显微物镜，用于将光纤准直器输出的准直光聚焦到金刚石压砧前台面。3.根据权利要求2所述的测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于所述信号接收光路包括: 显微物镜，用于收集从金刚石压砧后台面返回的参考光和从其前台面返回的信号光； 光纤准直器，用于将显微物 镜收集的参考光和信号光耦合进入光纤，并通过光纤准直器带尾纤一端输出； 光纤环形器，将光纤环形器的第二端口与光纤准直器尾纤连接，将收集的参考光和信号光从光纤环形器第三端口输出； 光纤光谱仪，用于接收光纤环形器第三端口输出的参考光和信号光，并记录参考光和信号光在频谱域内发生的频谱干涉信号。4.根据权利要求3所述的测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于所述计算机接收和处理光纤光谱仪输出的频谱干涉信号，计算得到金刚石压砧在各点处的厚度值，进而分析得到金刚石压砧在高温高压条件下的形变信息，具体过程包括: 步骤1:宽带光源的光谱分布为Etl ( λ )，则从金刚石压砧前后台面返回的信号光、参考光的光谱分布E1 ( λ )、Ε2 ( λ )分别写为:)丨μχμ)/例⑴ >2μ)=啡K, 其中a、b为常数，由探测光发射光路和信号接收光路的损耗决定，k为波矢，I为进入光纤光谱仪时参考光和信号光共同经历的光程，A=2nh为探测光在金刚石压砧前台面反射产生的附加光程差，η为金刚石压砧的折射率，h为金刚石压砧的厚度； 步骤2:光纤光谱仪记录的频谱干涉信号表达式写为: I (λ) = [E1 (A) + E2 (1)][^ (λ) + E2 (λ)]* K ^ ) = JjE10(A)I2 a2 +b2 + 2abcos{kA)~^ 将公式(2)中的波长λ用频率υ替换，则(2)式写为: 5.根据权利要求4所述的测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于所述宽带光源是中心波长为1550nm的宽谱带光源，谱线宽度不小于30nm或者是谱线宽度不小于30nm的普通自发辐射(ASE)光源，功率不小于30mW。6.根据权利要求4所述的测量金刚石压砧在极端高温高压条件下形变的装置，其特征在于所述显微物镜工作距离大于20mm，放大倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘盛刚，翁继东，马鹤立，陶天炯，敬秋民，张毅，柳雷，王翔，毕延，戴诚达，蔡灵仓，谭华，吴强，刘仓理，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：