一種光熱弱吸收測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種光熱弱吸收測試裝置，屬于光學(xué)元件吸收率的測試技術(shù)領(lǐng)域，所述光熱弱吸收測試裝置包括第一光源、第二光源、微調(diào)平臺及探測器，待測樣品放置于所述微調(diào)平臺上。通過微調(diào)平臺調(diào)節(jié)待測樣品的位置，使所述第一光源發(fā)出的泵浦光經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點，使所述第二光源發(fā)出的探測光也經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點，且所述探測光的聚焦光斑面積大于所述泵浦光的聚焦光斑面積，透過所述待測樣品的探測光入射至所述探測器。本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置有效地實現(xiàn)了對光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收特性的測試。
【專利說明】
一種光熱弱吸收測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光學(xué)元件吸收率的測試技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種光熱弱吸收測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖激光器具有效率高、散熱好、輸出光束質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)緊湊、易于維護(hù)等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)、軍事、醫(yī)療等各個領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和實際需求的提高，促使激光器輸出功率不斷提高。
[0003]光纖激光器的增益介質(zhì)是有源光纖，有源光纖的光學(xué)及材料特性決定了光纖激光器的輸出能力和使用性能，而光纖是光纖預(yù)制棒在高溫下拉制得到的，預(yù)制棒的質(zhì)量決定了光纖的質(zhì)量。有源光纖芯部摻雜均勻性及可能出現(xiàn)的各種缺陷(如雜質(zhì)、色心等)對光纖性能有很大影響，摻雜不均勻會導(dǎo)致光纖內(nèi)栗浦光和信號光能量分布不均勻，缺陷可能會成為吸收奇異點，導(dǎo)致光纖損壞。因此，對上述兩個參數(shù)進(jìn)行表征，了解光纖或光纖預(yù)制棒的摻雜均勻性和吸收缺陷吸收水平及分布情況，對改進(jìn)光纖或光纖預(yù)制棒的制備工藝、提升元器件性能有非常重要的意義。然而，目前尚沒有對預(yù)制棒及成品光纖摻雜均勻性和吸收缺陷檢測的手段。
[0004]纖芯摻雜離子對激光的吸收水平高于基材(熔石英)，可以通過測量光纖或光纖預(yù)制棒的吸收均勻性判斷摻雜均勻性，通過檢測纖芯部分的吸收水平異常來判斷吸收缺陷。材料的微弱吸收水平一般采用光熱弱吸收設(shè)備表征。但是現(xiàn)有的光熱弱吸收測試設(shè)備的測試對象是折射率均勻分布的光學(xué)材料或膜層，若直接用來測試光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)，會造成栗浦光和探測光在上述光學(xué)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部多次反射或折射，由于探測光和栗浦光波長相差較大，在光纖內(nèi)部很可能因折、反射導(dǎo)致傳輸路徑不同，焦斑很可能不再重合，此時，接收設(shè)備所探測到的結(jié)果無法反應(yīng)上述光學(xué)結(jié)構(gòu)真實的材料特性，可靠性較差。另外同樣重要的一點是，由于攜帶吸收信息的探測光被多次折、反射，其出射位置一般都會偏離接收設(shè)備的接收面，且偏離量通常會隨測試位置的變化而變化，從而使接受面接收不到完整的信號光斑而影響探測結(jié)果。因此，采用現(xiàn)有熱吸收測試設(shè)備無法可靠地完成對光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收性能的測試工作。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種光熱弱吸收測試裝置，能夠有效地實現(xiàn)對光纖及光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收性能測試。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型實施例采用的技術(shù)方案如下:
[0007]第一方面，本實用新型實施例提供了一種光熱弱吸收測試裝置，包括:第一光源、第二光源、微調(diào)平臺及探測器，待測樣品放置于所述微調(diào)平臺上，所述待測樣品為中心軸對稱結(jié)構(gòu)，所述待測樣品的折射率呈軸對稱分布;所述第一光源發(fā)出的栗浦光經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點，所述第二光源發(fā)出的探測光也經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點，所述探測光的聚焦光斑面積大于所述栗浦光的聚焦光斑面積，透過所述待測樣品的探測光入射至所述探測器。
[0008]結(jié)合第一方面，本實用新型還提供了第一方面的第一種可能實施方式，其中，所述第一光源發(fā)出的栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射，所述第二光源發(fā)出的探測光與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射，所述第一預(yù)設(shè)夾角的大小與所述第二預(yù)設(shè)夾角的大小均大于等于85度小于等于90度。
[0009]結(jié)合第一方面或第一方面的第一種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第二種可能實施方式，其中，所述光熱弱吸收測試裝置還包括用于接收透過所述待測樣品的栗浦光以輔助校準(zhǔn)入射到待測樣品上的栗浦光的方向的對準(zhǔn)監(jiān)測模塊，所述第一光源發(fā)出的栗浦光入射到所述待測樣品上，透過所述待測樣品的栗浦光入射到所述對準(zhǔn)監(jiān)測模塊。
[0010]結(jié)合第一方面的第二種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第三種可能實施方式，其中，所述第一光源與所述待測樣品之間設(shè)置有用于將所述栗浦光聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點的第一擴(kuò)束整形模塊，所述第二光源與所述待測樣品之間設(shè)置有用于將所述探測光聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點的第二擴(kuò)束整形模塊;所述第一光源發(fā)出的栗浦光經(jīng)過所述第一擴(kuò)束整形模塊的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點;所述第二光源發(fā)出的探測光經(jīng)過所述第二擴(kuò)束整形模塊的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點。
[0011]結(jié)合第一方面的第三種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第四種可能實施方式，其中，所述光熱弱吸收測試裝置還包括用于將經(jīng)過第二擴(kuò)束整形模塊整形會聚后的探測光反射到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上聚焦的反射鏡，所述反射鏡設(shè)置于所述第二擴(kuò)束整形模塊與所述待測樣品之間。
[0012]結(jié)合第一方面的第四種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第五種可能實施方式，其中，所述探測器包括濾波模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊及信號分析模塊，所述濾波模塊、所述光電轉(zhuǎn)換模塊及所述信號分析模塊依次耦合，透過所述待測樣品的探測光經(jīng)過所述濾波模塊的濾波處理后進(jìn)入所述光電轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)所述光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到所述信號分析模塊。
[0013]結(jié)合第一方面的第五種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第六種可能實施方式，其中，所述濾波模塊包括會聚透鏡和光闌，由所述待測樣品出射的探測光，依次經(jīng)過所述會聚透鏡和所述光闌后入射到所述光電轉(zhuǎn)換模塊。
[0014]結(jié)合第一方面的第六種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第七種可能實施方式，其中，所述探測器還包括濾光模塊，所述濾光模塊設(shè)置于所述待測樣品及所述濾波模塊之間。
[0015]結(jié)合第一方面的第七種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第八種可能實施方式，其中，所述第一光源為用于輸出連續(xù)激光束的栗浦光源。
[0016]結(jié)合第一方面的第八種可能實施方式，本實用新型還提供了第一方面的第九種可能實施方式，其中，所述第二光源為He-Ne激光器。
[0017]本實用新型實施例提供的光熱弱吸收裝置中，將光纖及光纖預(yù)制棒等具有中心軸對稱結(jié)構(gòu)且折射率呈軸對稱分布的待測樣品安裝在所述微調(diào)平臺上，通過微調(diào)平臺調(diào)節(jié)待測樣品的位置可以使得栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射且聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上，同時探測光也與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射且也聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點上。其中，第一預(yù)設(shè)夾角接近于或等于90度，第二預(yù)設(shè)夾角也接近于或等于90度，例如，第一預(yù)設(shè)夾角的大小與第二預(yù)設(shè)夾角的大小均大于等于85度小于等于90度。此時，可以近似地認(rèn)為所述栗浦光與所述探測光的入射方向均垂直且經(jīng)過所述待測樣品的中心軸，能夠有效地避免栗浦光和探測光經(jīng)多次折、反射后聚焦光斑難以重合的問題，同時，有利于探測器接收到完整的信號光斑。因此，本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置有效地實現(xiàn)了對光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收特性的測試，有效地彌補了現(xiàn)有的光熱弱吸收測試設(shè)備無法表征這類材料吸收性能的不足。
[0018]本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型實施例了解。本實用新型的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。通過附圖所示，本實用新型的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本實用新型的主旨。
[0020]圖1示出了本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置中待測樣品在微調(diào)平臺上的安裝示意圖；
[0021 ]圖2示出了本實用新型實施例提供的圖1的A-A剖面圖；
[0022]圖3示出了本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中，附圖標(biāo)記分別為:
[0024]第一光源110;第一擴(kuò)束整形模塊120;第二光源210;第二擴(kuò)束整形模塊220;反射鏡230 ；微調(diào)平臺300 ；待測樣品400 ；中心軸410 ；對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500 ；探測器600 ；濾波模塊610;光電轉(zhuǎn)換模塊620;信號分析模塊630。
【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0026]現(xiàn)有的測試折射率均勻分布的光學(xué)材料或膜層的光熱弱吸收設(shè)備，用來測試折射率呈軸對稱分布的光纖或光纖預(yù)制棒等光學(xué)結(jié)構(gòu)時，會存在栗浦光和探測光的聚焦光斑難以重合以及探測設(shè)備接收不到完整的信號光斑的問題，從而影響測試結(jié)果。因此，為了改善上述問題，本實用新型提供了一種光熱弱吸收測試裝置。
[0027]本實施例提供的光熱弱吸收測試裝置包括第一光源110、第二光源210、微調(diào)平臺300及探測器600。使用時，將待測樣品400放置于所述微調(diào)平臺300上，如圖1所示。其中，所述待測樣品為中心軸對稱結(jié)構(gòu)，如圖2所示，所述待測樣品的與所述中心軸410垂直的截面為圓形，且所述待測樣品的折射率呈軸對稱分布。例如，所述待測樣品可以為光纖或圓柱形的光纖預(yù)制棒。
[0028]所述第一光源110用于發(fā)出栗浦光，所述栗浦光用于激發(fā)待測樣品發(fā)生熱透鏡效應(yīng)。所述第一光源110可以為發(fā)出連續(xù)激光束的光源，也可以是發(fā)出脈沖激光束的光源。所述第二光源210用于發(fā)出探測光，待測樣品對探測光的吸收相對于對栗浦光的吸收可以忽略，所述探測光用于檢測待測樣品中產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的區(qū)域的吸收特性，例如，所述第二光源210可以采用He-Ne激光器。
[0029]所述微調(diào)平臺300用于調(diào)節(jié)待測樣品400的位置，以使得所述栗浦光與所述待測樣品的中心軸410成第一預(yù)設(shè)夾角入射且聚焦到所述待測樣品400的預(yù)設(shè)待測點上，同時，所述探測光與所述待測樣品的中心軸410成第二預(yù)設(shè)夾角入射且聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點上。其中，所述栗浦光與所述探測光均經(jīng)過所述待測樣品的中心軸410，所述探測光的聚焦光斑面積大于所述栗浦光的聚焦光斑面積，所述第一預(yù)設(shè)夾角接近于或等于90度，第二預(yù)設(shè)夾角也接近于或等于90度，例如，第一預(yù)設(shè)夾角的大小與第二預(yù)設(shè)夾角的大小均大于等于85度小于等于90度，具體的，第一預(yù)設(shè)夾角和第二預(yù)設(shè)夾角可以根據(jù)待測樣品的尺寸、栗浦光的波長以及探測光的波長設(shè)定。
[0030]本實施例中，將第二光源210發(fā)出的探測光的入射方向設(shè)定為X軸方向，根據(jù)所述X軸方向建立三維直角坐標(biāo)系。微調(diào)平臺300為六維微調(diào)平臺300，將待測樣品安裝在所述微調(diào)平臺300上，調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300不僅可以使得待測樣品沿所述微調(diào)平臺300的X軸方向、Y軸方向和Z軸方向上平移，還可以使得待測樣品以微調(diào)平臺300的Y軸為中心軸410做360度旋轉(zhuǎn)以及使待測樣品朝微調(diào)平臺300的X軸和Z軸方向做俯仰移動。所述探測器600用于接收由待測樣品出射的探測光并根據(jù)所接收到的探測光得到所述待測樣品對所述栗浦光的吸收。需要說明的是，為了保證測量光纖等尺寸在微米級的待測樣品時的測試精度，微調(diào)平臺300的調(diào)節(jié)步長也應(yīng)達(dá)到微米量級。
[0031]當(dāng)所述栗浦光及所述探測光均聚焦在待測樣品預(yù)設(shè)待測點處時，聚焦在待測樣品預(yù)設(shè)待測點處的栗浦光被待測樣品吸收引發(fā)熱透鏡效應(yīng)，即栗浦光聚焦光斑區(qū)域處待測樣品的折射率發(fā)生變化，從而將導(dǎo)致探測光經(jīng)過該區(qū)域時波前發(fā)生畸變，例如新增會聚或發(fā)散效應(yīng)，進(jìn)一步產(chǎn)生點衍射共路干涉效應(yīng)，且點衍射共路干涉效應(yīng)的干涉相移與栗浦光聚焦光斑區(qū)域處待測樣品對栗浦光的吸收率有關(guān)。因此，通過探測器600檢測由待測樣品出射的探測光的光強分布，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后就可以得到待測樣品對栗浦光的吸收率。
[0032]例如，所述待測樣品為光纖，當(dāng)要測試光纖內(nèi)部某一預(yù)設(shè)待測點處的吸收特性時，可以通過微調(diào)平臺300調(diào)節(jié)光纖的位置，使得所述栗浦光與所述探測光均聚焦到光纖內(nèi)的所述預(yù)設(shè)待測點處，此時，探測器600中就可以得到光纖內(nèi)部的所述預(yù)設(shè)待測點處對栗浦光的吸收率。此外，由于光纖傳輸?shù)囊话銥檫B續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)(高重頻)激光，因此本光熱弱吸收裝置的第一光源110優(yōu)選采用輸出連續(xù)激光束的栗浦光源。
[0033]因此，對于光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收特性的測試，本實用新型實施例提供的光熱弱吸收裝置與現(xiàn)有的測試折射率均勻分布的光學(xué)材料或膜層的光熱弱吸收設(shè)備相比，通過調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300可以使得栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射且聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上，同時探測光也與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射且也聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點上。其中，第一預(yù)設(shè)夾角接近于或等于90度，第二預(yù)設(shè)夾角也接近于或等于90度。此時，可以近似地認(rèn)為所述栗浦光與所述探測光的入射方向均垂直且經(jīng)過所述待測樣品的中心軸，這樣就能夠有效地避免栗浦光和探測光在待測樣品中發(fā)生多次折、反射導(dǎo)致聚焦光斑難以重合的問題，同時，也有利于探測器600接收到完整的信號光斑。因此，本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置有效地實現(xiàn)了對光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的光學(xué)結(jié)構(gòu)的光熱弱吸收特性的測試，有效地彌補了現(xiàn)有的光熱弱吸收測試設(shè)備無法表征這類材料吸收性能的不足。
[0034]本實施例的優(yōu)選實施方式為:所述栗浦光與所述探測光共面，且該面為XY平面，所述探測光與所述栗浦光之間的夾角的范圍為4?6度，通過微調(diào)平臺300調(diào)節(jié)待測樣品400的位置，使得所述第一預(yù)設(shè)夾角大于等于84度小于等于86度，所述第二預(yù)設(shè)夾角為90度，即所述探測光垂直且經(jīng)過所述待測樣品的中心軸入射，并且所述待測樣品400的中心軸410也位于XY平面內(nèi)，如圖3所示。
[0035]進(jìn)一步的，如圖3所示，為了確保所述栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射，同時探測光與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射，本實用新型實施例提供的光熱弱吸收測試裝置還包括對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500。所述對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500用于接收透過所述待測樣品的栗浦光以輔助校準(zhǔn)入射到待測樣品上的栗浦光的方向，所述第一光源110發(fā)出的栗浦光入射到待測樣品上，透過所述待測樣品的栗浦光入射到所述對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500。例如，所述對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500可以為CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。在對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500上設(shè)定一個預(yù)設(shè)位置，所述預(yù)設(shè)位置根據(jù)第一預(yù)設(shè)夾角以及待測樣品的材料特性設(shè)置。當(dāng)待測樣品確定后，所述預(yù)設(shè)位置由栗浦光的具體入射方向決定，可以將所述待測樣品的中心軸410位于XY平面內(nèi)且所述栗浦光與所述待測樣品的中心軸410成第一預(yù)設(shè)夾角入射時，對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500所接收到的從所述待測樣品出射的栗浦光的光斑位置設(shè)定為預(yù)設(shè)位置。此后，當(dāng)所述待測樣品的中心軸410沒有位于XY平面內(nèi)或者所述栗浦光的入射方向與所述待測樣品的中心軸410不成第一預(yù)設(shè)夾角時，對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500所接收到的從所述待測樣品出射的栗浦光的光斑位置將偏離預(yù)設(shè)位置。因此，可以根據(jù)對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500所檢測到的栗浦光的光斑位置，調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300改變待測樣品的位置，就可以使得所述待測樣品的中心軸410位于XY平面內(nèi)且所述栗浦光與所述待測樣品的中心軸410成第一預(yù)設(shè)夾角入射。
[0036]需要說明的是，由于第一光源110發(fā)出的栗浦光與第二光源210發(fā)出的探測光之間的夾角較小且均位于XY平面，因此，只需保證所述待測樣品的中心軸410位于XY平面內(nèi)且栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射，就可以近似的認(rèn)為探測光是與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射。
[0037]此外，為了保證聚焦到待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上的光斑尺寸，使得栗浦光的聚焦光斑的直徑為Ο.?μπι?Ιμπι，探測光的聚焦光斑的直徑為Ιμπι?ΙΟμπι。如圖3所示，所述第一光源110與所述待測樣品之間設(shè)置有第一擴(kuò)束整形模塊120，所述第二光源210與所述待測樣品之間設(shè)置有第二擴(kuò)束整形模塊220。所述第一光源110發(fā)出的栗浦光經(jīng)過所述第一擴(kuò)束整形模塊120的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點;所述第二光源210發(fā)出的探測光經(jīng)過所述第二擴(kuò)束整形模塊220的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點。所述第一擴(kuò)束整形模塊120可以由會聚透鏡組構(gòu)成，用于將第一光源110發(fā)出的栗浦光擴(kuò)束后重新聚焦，使得聚焦到待測樣品預(yù)設(shè)待測點的栗浦光的光斑直徑為0.Ιμπι-?μπι。所述第二擴(kuò)束整形模塊220也可以由會聚透鏡組構(gòu)成，用于將第二光源210發(fā)出的探測光擴(kuò)束后重新聚焦，使得聚焦到待測樣品預(yù)設(shè)待測點的探測光的光斑直徑為Iym?ΙΟμπι。
[0038]進(jìn)一步的，為了優(yōu)化裝置的空間結(jié)構(gòu)，保證各組成部件的合理布局，所述光熱弱吸收裝置還包括反射鏡230，所述反射鏡230設(shè)置于所述第二擴(kuò)束整形模塊220與所述待測樣品之間。所述反射鏡230用于將經(jīng)過第二擴(kuò)束整形模塊220整形會聚的探測光反射到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上聚焦。
[0039]本實用新型實施例中，所述探測器600可以包括濾波模塊610、光電轉(zhuǎn)換模塊620及信號分析模塊630，所述濾波模塊610、所述光電轉(zhuǎn)換模塊620及所述信號分析模塊630依次耦合。透過所述待測樣品的探測光依次經(jīng)過所述濾波模塊610的濾波處理后進(jìn)入所述光電轉(zhuǎn)換模塊620，經(jīng)所述光電轉(zhuǎn)換模塊620轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到所述信號分析模塊630，信號分析模塊630對所述電信號進(jìn)行檢測并對檢測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，即可以得到待測樣品的預(yù)設(shè)待測點處對栗浦光的吸收特性。
[0040]其中，所述濾波模塊610可以包括會聚透鏡和光闌，優(yōu)選的，所述光闌可以設(shè)置在所述會聚透鏡的焦平面上。光電轉(zhuǎn)換模塊620包括光電探測器600件，用于將入射的探測光信號轉(zhuǎn)換為電信號。信號分析模塊630用于對光電轉(zhuǎn)化模塊輸出的電信號進(jìn)行檢測與分析。由于栗浦光引發(fā)的熱透鏡效應(yīng)導(dǎo)致的探測光傳播特性的變化量比較小，甚至可能小于探測光本身的噪聲波動，因此，所述信號分析模塊630包括交流弱信號檢測電路，例如，所述交流弱信號檢測電路可以為鎖相放大器、Boxcar積分器等。
[0041]此外，為了避免入射到光電轉(zhuǎn)換模塊620中的探測光中混雜有除探測光之外的其他雜散光，所述探測器600還可以包括濾光模塊。所述濾光模塊設(shè)置在所述待測樣品與所述濾波模塊610之間，用于濾除由待測樣品出射的除探測光之外的雜散光，例如，所述濾光模塊可以包括中心波長與探測光波長一致的濾光片。
[0042]本實用新型實施例提供的光熱弱吸收裝置具有體吸收一維點測試模式、體吸收二維面測試模式和體吸收三維測試模式。其中，體吸收一維點測試模式用于測試待測樣品的預(yù)設(shè)待測點處對栗浦光的吸收結(jié)果;體吸收二維面測試模式用于測試待測樣品的預(yù)設(shè)截面對栗浦光的吸收結(jié)果，其中，所述預(yù)設(shè)截面為待測樣品的與待測樣品的中心軸410垂直的截面;體吸收三維測試模式用于測試待測樣品的間隔預(yù)設(shè)距離的兩個預(yù)設(shè)截面之間的區(qū)域?qū)跗止獾奈战Y(jié)果。
[0043]在體吸收一維點測試模式下，所述光熱弱吸收裝置測試光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的待測樣品的預(yù)設(shè)待測點處的光熱弱吸收特性的具體步驟包括:
[0044]將待測樣品安裝在微調(diào)平臺300上，且盡量確保待測樣品的中心軸410方向與微調(diào)平臺300的Y軸方向一致;結(jié)合對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500上檢測到的栗浦光的光斑位置，通過微調(diào)平臺300調(diào)節(jié)待測樣品的位置，所述待測樣品的中心軸410位于XY平面內(nèi)，且所述栗浦光的入射方向與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角，所述探測光的入射方向垂直于所述待測樣品的中心軸，并使得栗浦光與探測光均聚焦到待測樣品的預(yù)設(shè)待測點處;此時，探測器600的信號分析模塊630的輸出即為所述預(yù)設(shè)待測點處待測樣品對栗浦光的吸收值。
[0045]在體吸收二維面測試模式下，所述光熱弱吸收裝置測試光纖或光纖預(yù)制棒等折射率呈軸對稱分布的待測樣品的預(yù)設(shè)截面處的光熱弱吸收特性的具體步驟包括:
[0046]將待測樣品安裝在微調(diào)平臺300上，且盡量確保待測樣品的中心軸410方向與微調(diào)平臺300的Y軸方向一致;結(jié)合對準(zhǔn)監(jiān)測模塊500上檢測到的栗浦光的光斑位置，通過微調(diào)平臺300調(diào)節(jié)待測樣品的位置，確保所述待測樣品的中心軸410位于XY平面內(nèi)，且所述栗浦光的入射方向與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角，所述探測光的入射方向垂直于所述待測樣品的中心軸，并使得栗浦光與探測光均聚焦到待測樣品的第一預(yù)設(shè)待測點處，其中所述第一預(yù)設(shè)待測點位于預(yù)設(shè)截面的中心或邊緣，探測器600的信號分析模塊630測得第一預(yù)設(shè)待測點處待測樣品對所述栗浦光的吸收值。本實用新型實施例中，將預(yù)設(shè)截面的中心點設(shè)定為X軸方向上的零點，且設(shè)定所述第一預(yù)設(shè)待測點位于預(yù)設(shè)截面的邊緣，調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300使待測樣品以第一預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長圍繞著所述待測樣品的中心軸410旋轉(zhuǎn)一周，即可以依次得到預(yù)設(shè)截面上與圓心距離為Xl的圓環(huán)上的多個預(yù)設(shè)待測點的吸收數(shù)據(jù)。繼續(xù)調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300使待測樣品沿微調(diào)平臺300的X軸方向移動第一預(yù)設(shè)平移步長ΔΧ，調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300使待測樣品以第二預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長圍繞著所述待測樣品的中心軸410旋轉(zhuǎn)一周，即可以依次得到預(yù)設(shè)截面上與圓心距離為X2的圓環(huán)上的多個預(yù)設(shè)待測點的吸收數(shù)據(jù)，其中X1-X2 =A X;依次類推，直到Xn = O。也就是說，預(yù)設(shè)截面可以分成η個同心圓環(huán)，得到η個同心圓環(huán)的吸收數(shù)據(jù)，就可以反映整個預(yù)設(shè)截面對栗浦光的吸收結(jié)果。當(dāng)然，也可以設(shè)定所述第一預(yù)設(shè)待測點位于所述預(yù)設(shè)截面的中心。
[0047]其中，第一預(yù)設(shè)平移步長△X為一個定值，可以根據(jù)栗浦光的聚焦光斑的直徑大小確定；由于η個同心圓環(huán)的半徑均不相同，優(yōu)選的，為了保證體吸收二維面測試模式的測試精度，第一預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長、第二預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長......第N預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長均不相同，具體的每一個圓環(huán)的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長根據(jù)預(yù)設(shè)截面的尺寸、用戶所需要的體吸收二維面測試模式的測試精度以及圓環(huán)的半徑設(shè)定。例如，可以根據(jù)預(yù)設(shè)截面的尺寸以及用戶所需要的體吸收二維面測試模式的測試精度將預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長設(shè)置為一個關(guān)于X的函數(shù)，使得△ 0 = kX，其中，ΔΘ為要得到與圓心距離為X的圓環(huán)上的多個預(yù)設(shè)待測點的吸收數(shù)據(jù)時待測樣品的預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)步長，k為比例系數(shù)，k的具體數(shù)值根據(jù)預(yù)設(shè)截面的尺寸以及用戶所需要的體吸收二維面測試模式的測試精度設(shè)定。
[0048]需要說明的是，體吸收二維面測試模式下，對于微調(diào)平臺300的調(diào)節(jié)，包括X軸方向上的平移調(diào)節(jié)及圍繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，這兩種調(diào)節(jié)方式可以為通過手動調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300的微調(diào)旋鈕，也可以是自動調(diào)節(jié)方式。其中自動調(diào)節(jié)方式的【具體實施方式】為:設(shè)置第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊，將第一驅(qū)動模塊與微調(diào)平臺300的X軸方向平移微調(diào)旋鈕連接，將第二驅(qū)動模塊與微調(diào)平臺300的用于調(diào)節(jié)繞Y軸方向轉(zhuǎn)動的微調(diào)旋鈕連接。進(jìn)而通過上位機對第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊進(jìn)行控制，就可以實現(xiàn)對微調(diào)平臺300的自動調(diào)節(jié)。例如，第一驅(qū)動模塊和第二驅(qū)動模塊均可以包括步進(jìn)電機，且所述步進(jìn)電機的步長達(dá)到微米量級。
[0049]此外，體吸收三維測試模式為在體吸收二維面測試的基礎(chǔ)上，增加待測樣品在Y軸的移動，即將待測樣品的間隔預(yù)設(shè)距離的兩個預(yù)設(shè)截面之間的區(qū)域分為多個垂直于所述中心軸的待測截面，依次測試每一個待測截面處待測樣品對栗浦光的吸收數(shù)據(jù)，即每個待測截面測試完成后，調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300使得待測樣品以第二預(yù)設(shè)平移步長△ Y沿著微調(diào)平臺300的Y軸方向移動，重復(fù)上述操作，分別獲得上述多個待測截面處待測樣品對栗浦光的吸收數(shù)據(jù)，即可獲得兩個預(yù)設(shè)截面之間的區(qū)域內(nèi)待測樣品對栗浦光的吸收情況。其中，第二預(yù)設(shè)平移步長可以根據(jù)栗浦光的聚焦光斑的直徑大小設(shè)置。
[0050]需要說明的是，體吸收三維測試模式下，對于微調(diào)平臺300的調(diào)節(jié)，包括X軸方向上的平移調(diào)節(jié)、圍繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)以及Y軸方向上的平移調(diào)節(jié)。即相對于體吸收二維面測試模式新增了 Y軸方向上的平移調(diào)節(jié)。與其他兩種調(diào)節(jié)方式類似，微調(diào)平臺300在Y軸方向上的平移調(diào)節(jié)的實現(xiàn)方式可以為通過手動調(diào)節(jié)微調(diào)平臺300的微調(diào)旋鈕實現(xiàn)，也可以通過自動調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)。其中自動調(diào)節(jié)方式的【具體實施方式】為:設(shè)置第三驅(qū)動模塊，將第三驅(qū)動模塊與微調(diào)平臺300的Y軸方向平移微調(diào)旋鈕連接。進(jìn)而通過上位機對第三驅(qū)動模塊進(jìn)行控制，就可以實現(xiàn)微調(diào)平臺300在Y軸方向上平移的自動調(diào)節(jié)。其中，第三驅(qū)動模塊也可以包括步進(jìn)電機，且所述步進(jìn)電機的步長達(dá)到微米量級。
[0051]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0052]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，包括:第一光源、第二光源、微調(diào)平臺及探測器，待測樣品放置于所述微調(diào)平臺上，所述待測樣品為中心軸對稱結(jié)構(gòu)，所述待測樣品的折射率呈軸對稱分布;所述第一光源發(fā)出的栗浦光經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點，所述第二光源發(fā)出的探測光也經(jīng)過所述待測樣品的中心軸且聚焦到所述預(yù)設(shè)待測點，所述探測光的聚焦光斑面積大于所述栗浦光的聚焦光斑面積，透過所述待測樣品的探測光入射至所述探測器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述第一光源發(fā)出的栗浦光與所述待測樣品的中心軸成第一預(yù)設(shè)夾角入射，所述第二光源發(fā)出的探測光與所述待測樣品的中心軸成第二預(yù)設(shè)夾角入射，所述第一預(yù)設(shè)夾角的大小與所述第二預(yù)設(shè)夾角的大小均大于等于85度小于等于90度。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，還包括用于接收透過所述待測樣品的栗浦光以輔助校準(zhǔn)入射到待測樣品上的栗浦光的方向的對準(zhǔn)監(jiān)測模塊，所述第一光源發(fā)出的栗浦光入射到所述待測樣品上，透過所述待測樣品的栗浦光入射到所述對準(zhǔn)監(jiān)測模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述第一光源與所述待測樣品之間設(shè)置有用于將所述栗浦光聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點的第一擴(kuò)束整形模塊，所述第二光源與所述待測樣品之間設(shè)置有用于將所述探測光聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點的第二擴(kuò)束整形模塊;所述第一光源發(fā)出的栗浦光經(jīng)過所述第一擴(kuò)束整形模塊的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點;所述第二光源發(fā)出的探測光經(jīng)過所述第二擴(kuò)束整形模塊的整形會聚處理后聚焦到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，還包括用于將經(jīng)過第二擴(kuò)束整形模塊整形會聚后的探測光反射到所述待測樣品的預(yù)設(shè)待測點上聚焦的反射鏡，所述反射鏡設(shè)置于所述第二擴(kuò)束整形模塊與所述待測樣品之間。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述探測器包括濾波模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊及信號分析模塊，所述濾波模塊、所述光電轉(zhuǎn)換模塊及所述信號分析模塊依次耦合，透過所述待測樣品的探測光經(jīng)過所述濾波模塊的濾波處理后進(jìn)入所述光電轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)所述光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到所述信號分析模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述濾波模塊包括會聚透鏡和光闌，由所述待測樣品出射的探測光，依次經(jīng)過所述會聚透鏡和所述光闌后入射到所述光電轉(zhuǎn)換模塊。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述探測器還包括濾光模塊，所述濾光模塊設(shè)置于所述待測樣品及所述濾波模塊之間。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述第一光源為用于輸出連續(xù)激光束的栗浦光源。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光熱弱吸收測試裝置，其特征在于，所述第二光源為He-Ne激光器。
【文檔編號】G01N21/88GK205538713SQ201620117076
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年2月5日
【發(fā)明人】王鳳蕊, 蔣曉東, 劉紅婕, 周曉燕, 李青芝, 石兆華, 黃進(jìn), 耿鋒, 葉鑫, 孫來喜
【申請人】中國工程物理研究院激光聚變研究中心