CN100349058C - 用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法 - Google Patents

Abstract

用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法，它涉及的是非线性光学领域。它解决了使用一种F-P干涉仪只能测量特定入射光波长情况下的介质布里渊频移值和声速，而给测量带来不便的问题。其测量方法步骤为：步骤一、在放大池(5)中放入待测介质；步骤二、在振荡池(7)中放入由两种介质混合组成的混合介质；步骤三、调整两种介质的体积比，选择出光束检测装置(8)的光输入端的s偏振光能量最大，这种混合介质的布里渊频移值即与待测介质的布里渊频移值相同；步骤四、待测介质的声速的计算。本发明只要更换不同的混合介质，就能测出不同待测介质在不同入射光波长时的全部布里渊频移值和声速，其使用的设备单一，且方法简单、准确。

Description

用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法

技术领域：

本发明涉及的是非线性光学领域，具体是一种用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法。

背景技术：

由于受激布里渊散射(SBS)具有相位共轭特性，能够消除光传输过程中的相位畸变，提高光束质量。多年来SBS相位共轭理论及其实验得到了广泛地研究。实验研究表明介质对受激布里渊散射特性有很大的影响，介质SBS参数是介质SBS特性的重要标志，因此介质SBS参数的测量就显得尤其重要。以往通常使用法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot干涉仪)来测定介质布里渊频移，Fabry-Perot干涉仪具有分辨率和精度高等优点，但干涉仪受到带宽的限制，即一种Fabry-Perot干涉仪只能测量特定入射光波长情况下的介质布里渊频移值。因此，若想测量不同入射光波长情况下的介质布里渊频移就需要不同的Fabry-Perot干涉仪，这就给测量带来不便，而且提高了测量成本。

发明内容：

本发明的目的是为了解决使用一种Fabry-Perot干涉仪只能测量特定入射光波长情况下的介质布里渊频移值和声速，而要测量不同入射光波长情况下的介质布里渊频移值和声速，就需要多台不同波长的F-P干涉仪，这给测量带来不便，及提高了测量成本的问题，进而提供了一种用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法。本发明使用的系统由激光器1、偏振片2、1/4波片3、第一凸透镜4、放大池5、第二凸透镜6、振荡池7、光束检测装置8组成；待测介质的布里渊频移值和声速的测量方法的步骤为：步骤一、在放大池5中放入待测介质；步骤二、在振荡池7中放入由两种介质混合组成的布里渊频移值可调的混合介质，激光器1输出的p偏振光输入到偏振片2的输入端后经偏振片2传输并从偏振片2输出端输出到1/4波片3的输入端中，经1/4波片3传输变换后在1/4波片3的输出端得到圆偏振光并输入到第一凸透镜4的输入端中，圆偏振光经第一凸透镜4传输聚焦后在第一凸透镜4的输出端得到缩束增强的圆偏振光并输入到放大池5的输入端中，经放大池5中待测介质传输的圆偏振光从放大池5的输出端输出到第二凸透镜6的输入端中，经第二凸透镜6传输的圆偏振光从第二凸透镜6的输出端输出到振荡池7的输入端中，第二凸透镜6输出端的聚焦点L处在振荡池7内的混合介质中，圆偏振光在第二凸透镜6输出端的聚焦点L处即混合介质中发生布里渊散射而产生Stokes种子光，产生的Stokes种子光沿原路经第二凸透镜6的传输、放大池5中待测介质的放大传输、第一凸透镜4的传输、1/4波片3的传输并经1/4波片3变换后得到s偏振光，s偏振光输入到偏振片2上并被其反射到光束检测装置8的光输入端中；步骤三、调整振荡池7内的混合介质中的两种介质的体积比例，选择出光束检测装置8上显示的最大光能读数值，这种体积比的混合介质的布里渊频移值即与放大池5中待测介质的布里渊频移值相同，其待测介质的布里渊频移值，也就是混合介质的布里渊频移值由以下公式算出：

上述公式中v为振荡池7中的混合介质的布里渊频移值，也就是待测介质的布里渊频移值；λ为入射光波长，n₁和n₂分别为混合介质中的两种介质的折射率；ρ₁和ρ₂分别为混合介质中的两种介质的密度；₁和₂分别为混合介质中的两种介质的体积比，₁＝V₁/(V₁+V₂)，₂＝V₂/(V₁+V₂)，其中V₁和V₂分别为混合介质中的两种介质的体积；υ₁和υ₂分别为混合介质中的两种介质的声速；L₁和L₂分别为混合介质中的两种介质的分子自由程；S₁和S₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积分数，S₁＝x₁γ₁/(x₁γ₁+x₂γ₂)，S₂＝x₂γ₂/(x₁γ₁+x₂γ₂)，x₁和x₂分别为混合介质中的两种介质的摩尔分数，γ₁和γ₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积；步骤四、待测介质的声速依据下列公式计算：

$\mathrm{\υ}=\frac{\mathrm{v\λ}}{2n}$

上述公式中v为待测介质的布里渊频移值，λ为入射光波长，n为介质折射率。本发明只要更换不同的混合介质，就能测出不同待测介质在不同入射光波长时的全部布里渊频移值和声速，不用更换系统，也不受入射光波长的限制，其使用的设备单一，且方法简单、准确、成本低。

附图说明：

图1是本发明使用的系统结构示意图，图2是待测介质的布里渊频移值和声速的测量方法步骤流程图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本发明使用的系统由激光器1、偏振片2、1/4波片3、第一凸透镜4、放大池5、第二凸透镜6、振荡池7、光束检测装置8组成；待测介质的布里渊频移值和声速的测量方法的步骤为：在放大池5中放入待测介质001；在振荡池7中放入由两种介质混合组成的布里渊频移值可调的混合介质，激光器1输出的p偏振光输入到偏振片2的输入端后经偏振片2传输并从偏振片2的输出端输出到1/4波片3的输入端中，经1/4波片3传输变换后在1/4波片3的输出端得到圆偏振光并输入到第一凸透镜4的输入端中，圆偏振光经第一凸透镜4传输聚焦后在第一凸透镜4的输出端得到缩束增强的圆偏振光并输入到放大池5的输入端中，经放大池5中待测介质传输的圆偏振光从放大池5的输出端输出到第二凸透镜6的输入端中，经第二凸透镜6传输的圆偏振光从第二凸透镜6的输出端输出到振荡池7的输入端中，第二凸透镜6输出端的聚焦点L处在振荡池7内的混合介质中，圆偏振光在第二凸透镜6输出端的聚焦点L处即混合介质中发生布里渊散射而产生Stokes种子光，产生的Stokes种子光沿原路经第二凸透镜6的传输、放大池5中待测介质的放大传输、第一凸透镜4的传输、1/4波片3的传输并经1/4波片3变换后得到s偏振光，s偏振光输入到偏振片2上并被其反射到光束检测装置8的光输入端中002；调整振荡池7内的混合介质中的两种介质的体积比例，选择出光束检测装置8上显示的最大光能读数值，这种体积比的混合介质的布里渊频移值即与放大池5中待测介质的布里渊频移值相同，其待测介质的布里渊频移值，也就是混合介质的布里渊频移值由以下公式算出：

上述公式中v为振荡池7中的混合介质的布里渊频移值，也就是待测介质的布里渊频移值；λ为入射光波长，n₁和n₂分别为混合介质中的两种介质的折射率；ρ₁和ρ₂分别为混合介质中的两种介质的密度；₁和₂分别为混合介质中的两种介质的体积比，₁＝V₁/(V₁+V₂)，₂＝V₂/(V₁+V₂)，其中V₁和V₂分别为混合介质中的两种介质的体积；υ₁和υ₂分别为混合介质中的两种介质的声速；L₁和L₂分别为混合介质中的两种介质的分子自由程；S₁和S₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积分数，S₁＝x₁γ₁/(x₁γ₁+x₂γ₂)，S₂＝x₂γ₂/(x₁γ₁+x₂γ₂)，x₁和x₂分别为混合介质中的两种介质的摩尔分数，γ₁和γ₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积003；待测介质的声速依据下列公式计算：

$\mathrm{\υ}=\frac{\mathrm{v\λ}}{2n}$

上述公式中v为待测介质的布里渊频移值，λ为入射光波长，n为介质折射率004。光束检测装置8选用的型号为ED200能量计；所述混合介质中的两种介质可分别选用苯、CCl₄两种介质；在实例测试中待测介质是环己烷。

具体实施方式二：在具体实施方式一中的步骤003中，在判断光束检测装置8上显示的最大光能读数值时，使混合介质中的一种介质的体积百分比从1％到99％之间变化，另一种介质的体积百分比相应的从99％到1％之间变化，而找到光束检测装置8上显示的最大光能读数值。

具体实施方式三：为防止具体实施方式一中所述系统在测量待测介质的布里渊频移值时出现温度误差，本实施方式中把放大池5、振荡池7设置在高精度恒温槽中。其它组成和方法步骤与具体实施方式一相同。高精度恒温槽选用的型号为CH1015。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同点在于，用振荡池7中的混合介质的声速温度系数、折射率温度系数来校正其混合介质的布里渊频移值，即待测介质的布里渊频移值。其它组成和方法步骤与具体实施方式一相同。

Claims (4)

1、用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法，本系统由激光器(1)、偏振片(2)、1/4波片(3)、第一凸透镜(4)、放大池(5)、第二凸透镜(6)、振荡池(7)、光束检测装置(8)组成；其特征在于待测介质的布里渊频移值和声速的测量方法的步骤为：步骤一、在放大池(5)中放入待测介质；步骤二、在振荡池(7)中放入由两种介质混合组成的布里渊频移值可调的混合介质，激光器(1)输出的p偏振光输入到偏振片(2)的输入端后经偏振片(2)传输并从偏振片(2)的输出端输出到1/4波片(3)的输入端中，经1/4波片(3)传输变换后在1/4波片(3)的输出端得到圆偏振光并输入到第一凸透镜(4)的输入端中，圆偏振光经第一凸透镜(4)传输聚焦后在第一凸透镜(4)的输出端得到缩束增强的圆偏振光并输入到放大池(5)的输入端中，经放大池(5)中待测介质传输的圆偏振光从放大池(5)的输出端输出到第二凸透镜(6)的输入端中，经第二凸透镜(6)传输的圆偏振光从第二凸透镜(6)的输出端输出到振荡池(7)的输入端中，第二凸透镜(6)输出端的聚焦点(L)处在振荡池(7)内的混合介质中，圆偏振光在第二凸透镜(6)输出端的聚焦点(L)处即混合介质中发生布里渊散射而产生Stokes种子光，产生的Stokes种子光沿原路经第二凸透镜(6)的传输、放大池(5)中待测介质的放大传输、第一凸透镜(4)的传输、1/4波片(3)的传输并经1/4波片(3)变换后得到s偏振光，s偏振光输入到偏振片(2)上并被其反射到光束检测装置(8)的光输入端中；步骤三、调整振荡池(7)内的混合介质中的两种介质的体积比例，选择出光束检测装置(8)上显示的最大光能读数值，这种体积比的混合介质的布里渊频移值即与放大池(5)中待测介质的布里渊频移值相同，其待测介质的布里渊频移值，也就是混合介质的布里渊频移值由以下公式算出：

上述公式中v为振荡池(7)中的混合介质的布里渊频移值，也就是待测介质的布里渊频移值；λ为入射光波长，n₁和n₂分别为混合介质中的两种介质的折射率；ρ₁和ρ₂分别为混合介质中的两种介质的密度；₁和₂分别为混合介质中的两种介质的体积比，₁＝V₁/(V₁+V₂)，₂＝V₂/(V₁+V₂)，其中V₁和V₂分别为混合介质中的两种介质的体积；υ₁和υ₂分别为混合介质中的两种介质的声速；L₁和L₂分别为混合介质中的两种介质的分子自由程；S₁和S₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积分数，S₁＝x₁γ₁/(x₁γ₁+x₂γ₂)，S₂＝x₂γ2_/(x₁γ₁+x₂γ₂)，x₁和x₂分别为混合介质中的两种介质的摩尔分数，γ₁和γ₂分别为混合介质中的两种介质的内表面积；步骤四、待测介质的声速依据下列公式计算：

$\mathrm{\υ}=\frac{\mathrm{v\λ}}{2n}$

上述公式中v为待测介质的布里渊频移值，λ为入射光波长，n为介质折射率。

2、根据权利要求1所述的用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法，其特征在于步骤三中，在判断光束检测装置(8)上显示的最大光能读数值时，使混合介质中的一种介质的体积百分比从1％到99％之间变化，另一种介质的体积百分比相应的从99％到1％之间变化，而找到光束检测装置(8)上显示的最大光能读数值。

3、根据权利要求1所述的用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法，其特征在于把放大池(5)、振荡池(7)设置在高精度恒温槽中。

4、根据权利要求1所述的用布里渊系统测出待测介质的布里渊频移值和声速的方法，其特征在于用振荡池(7)中的混合介质的声速温度系数、折射率温度系数来校正其混合介质的布里渊频移值，即待测介质的布里渊频移值。

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