CN102818624A

CN102818624A - 积分球探测器

Info

Publication number: CN102818624A
Application number: CN2011101517469A
Authority: CN
Inventors: 陆耀东; 徐磊; 位艳强; 高和平; 孙立明
Original assignee: BEIJING INST OF ELECTRO-OPTICS
Current assignee: Beijing Jingyi Photoelectric Technology Research Institute Co.,Ltd.
Priority date: 2011-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2031-06-08
Also published as: CN102818624B

Abstract

本发明公开了一种积分球探测器，包括空心球壳，以及设置在所述空心球壳上的入光孔和采样孔，其中还包括：冷却装置，所述冷却装置贴附在所述空心球壳的外侧，用于冷却所述空心球壳。本发明提供的积分球探测器适用于各种类型的光参量测量，尤其适用于大发散角、大功率的光参量测量，比如激光和其他大功率光源。由于获得的光信号是经过匀化处理后的光信号，还可以解决多发光单元光参量的准确测量问题。

Description

积分球探测器

技术领域

本发明实施例涉及光参量测试技术，尤其涉及一种积分球探测器。

背景技术

在光学领域，根据被测对象发光特性和结构特性不同，主要对以下几种形式的光进行光参量测量：第一种是小发散角的光；第二种是大发散角、低功率的光；第三种是大发散角、高功率的光。光参量包括光的强度信息、光谱信息和波形信息等。

针对第一种类型的光，可以采用光探测器进行测量，光探测器的光敏面的形状通常为平面性或圆锥形，用其可测试平行光或发散角较小的光信号，所谓光敏面是指用于感测被测光信号的表面。针对第二种类型的光，一般使用积分球测量。积分球是指内壁涂有漫反射涂层的空心球，其包括空心球壳、漫射涂层、入光孔、挡光板和采样孔，漫射涂层涂布在空心球壳的内壁上，入光孔和采样孔均为开设在空心球壳上的通孔，入光孔用于允许入射光进入积分球，入射光经过多次漫反射在内壁表面形成均匀的反射光信号，采样孔用于允许部分均匀的反射光信号射出积分球，挡光板置于采样孔内侧，用于切断第一次反射光直接进入采样孔的光路。入射光进入积分球，经过多次漫反射后，在内壁表面得到均匀的光信号，该光信号在球壁表面任意位置单位面积上的强度和光谱特性均相同，即，积分球对入射光进行了匀化处理，所以在积分球球壳的任意位置开设相同形状和大小的采光孔得到的反射光的光信号都是相同的。现有的积分球仅适用对光功率密度低的光进行测量，其漫射涂层能够承受的光功率密度也低。针对第三种类型的光，目前还没有一种仪器可以对其进行有效的测量。

发明内容

本发明提供一种积分球探测器，用以实现大发散角、高功率光信号参量测量。

本发明提供一种积分球探测器，包括空心球壳，以及设置在所述空心球壳上的入光孔和采样孔，其中还包括：

冷却装置，所述冷却装置贴附在所述空心球壳的外侧，用于冷却所述空心球壳。

如上所述的积分球探测器，优选的是，所述冷却装置包括：

外球壳，罩设在部分或全部所述空心球壳的外侧，外球壳与空心球壳之间形成冷却通道，所述外球壳上设置有冷却剂进口和冷却剂出口，分别与所述冷却通道连通。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述冷却剂包括水或防冻液。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述冷却装置包括半导体制冷器，所述半导体制冷器贴设于部分或全部所述空心球壳的外部，用于冷却所述空心球壳。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述空心球壳由第一半球壳和第二半球壳扣合形成。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述空心球壳为内壁上涂覆有漫射涂层的空心球壳。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述漫射涂层为朗博漫射特性的涂层，均匀涂布于所述空心球壳的内壁上。

如上所述的积分球探测器，优选的是，所述朗博漫射特性的涂层材料为金属粉末或非金属粉末。

如上所述的积分球探测器，优选的是，所述采样孔包括：光强采样孔和/或光谱采样孔；

所述光强采样孔的外侧设置有光强传感器，用于探测光信号的强度信息；

所述光谱采样孔通过光纤连接至光谱测量系统，以探测所述光信号的光谱信息。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述光强传感器包括光电型传感器，热电型传感器或热释型传感器。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述空心球壳的材料为具有导热性的材料。

如上所述的积分球探测器，优选的是：所述导热性材料包括金属材料或非金属材料。

本发明提供的积分球探测器，具有积分球，可以接收任意发散角的光；还具有冷却装置，可以在积分球探测器的使用过程中，随时带走积分球产生的热量，从而满足不同功率光的测量要求。本发明提供的积分球探测器适用于测量各种类型的光参量测量，尤其适用于测量大发散角、大功率光参量测量，比如激光和其他大功率光源。由于获得的采样光信号是经过匀化处理后的光信号，还可以解决多发光单元光参量的准确测量问题。

附图说明

图1为本发明实施例二提供的积分球探测器的示意图。

图2为本发明实施例三提供的积分球探测器的示意图。

附图标记：

1-空心球壳； 2-入光孔； 3-采样孔；

4-冷却装置； 5-外球壳； 6-冷却通道；

7-冷却剂进口； 8-冷却剂出口； 9-半导体制冷器；

10-光强传感器； 11-第一半球壳； 12-第二半球壳；

13-光强采样孔； 14-光谱采样孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种积分球探测器，包括空心球壳，以及设置在空心球壳上的入光孔和采样孔，其中还包括冷却装置，该冷却装置贴附在空心球壳的外侧，用于冷却空心球壳。

冷却装置至少可以有以下实现形式：使用液体冷却、使用制冷机组冷却或使用半导体制冷器进行冷却，本发明对冷却形式并不加以限定。

本发明实施例一提供的积分球探测器，具有积分球，可以接收任意发散角的光；还具有冷却装置，可以在积分球探测器的使用过程中，随时带走积分球产生的热量，从而满足不同功率光的测量要求。本发明实施例提供的积分球探测器适用于测量各种类型的光参量测量，尤其适用于测量大发散角、大功率的光参量测量，比如激光和其他大功率光源参量。由于获得的采样光信号是经过匀化处理后的光信号，还可以解决多发光单元光参量的准确测量问题。

实施例二

图1为本发明实施例二提供的积分球探测器的示意图，下面结合图1详细说明本发明实施例二。本发明实施例二提供一种积分球探测器，包括空心球壳1，以及设置在空心球壳上的入光孔2和采样孔3，其中还包括冷却装置4，该冷却装置4贴附在空心球壳1的外侧，用于冷却空心球壳1。

冷却装置4的优选实现方式为：该冷却装置4包括外球壳5，罩设在部分或全部空心球壳1的外侧，外球壳5与空心球壳1之间形成冷却通道6，外球壳5上设置有冷却剂进口7和冷却剂出口8，分别与冷却通道6连通。

冷却通道可以由外球壳与空心球壳之间形成的密封缝隙构成，也可以直接在外球壳上一体加工而成，图1所示的情形为前者。可以理解的是，也可以直接在空心球壳外壁上机加工形成一个或多个冷却剂通道。

冷却剂包括水或防冻液。若冷却剂为水，可以使用流动的水持续通过冷却通道，以随时带走探测过程中产生的热量，使积分球探测器可用于大发散角、高功率、线光源或面光源光参数的高精度测量。在温度较低时，还可以使用防冻液，本发明对此不做限定。另一种可行的方式是，冷却剂充盈冷却通道后，可以将冷却剂入口和冷却剂出口密封，在探测的光功率较小，积分球产热不严重时，可以使用此种方式。冷却剂同样也可以是其他液体，比如具有防冻、防沸功能的液体等。

冷却通道与空心球壳的接触面积越大，冷却效果越好，本发明实施例以空心球壳外侧全部形成有冷却通道为例进行的说明，实际应用中，也可以只在部分空心球壳的外侧设置冷却通道，冷却效果会稍弱。

本发明实施例二提供的积分球探测器，采用冷却通道和通入冷却剂的方式实现积分球的冷却，冷却快，操作简单。

实施例三

图2为本发明实施例三提供的积分球探测器的示意图，下面结合图2详细说明本发明实施例三。实施例三与实施例二的不同之处在于冷却装置的实现方式不同。本发明实施例三提供一种积分球探测器，包括空心球壳1，以及设置在空心球壳1上的入光孔2和采样孔3，其中还包括冷却装置，该冷却装置贴附在空心球壳1的外侧，用于冷却空心球壳1。

冷却装置的可选实现方式为：冷却装置包括半导体制冷器9，该半导体制冷器9贴设于部分或全部空心球壳1的外部，用于冷却空心球壳1。

空心球壳1可以由第一半球壳11和第二半球壳12扣合形成。

半导体制冷器的制冷效果是通过对半导体通电来实现的。图2中所示的情形为，半导体制冷器贴设在第二半球壳上。半导体制冷器可以及时冷却第二半球壳，再利用球壳材料的热传导性冷却第一半球壳。若在第一半球壳和第二半球壳外部都贴设半导体制冷器，冷却效果更佳，积分球的温度更稳定。需要说明的是，在第一半球壳外侧贴设半导体制冷器时，应保证不影响采样孔、入光孔的正常操作。

进一步地，空心球壳为内壁上涂覆有漫射涂层的空心球壳。该漫射涂层为朗博漫射特性的涂层，均匀涂布于空心球壳的内壁上。

朗博漫射特性的涂层是一种可使入射光的反射分布在空间呈球形分布，且与入射角角度无关的涂层材料。在球壳内壁涂布具有朗博漫射特性的涂层后，具有一定方向性的入射光经由入光孔进入球内后，经过多次漫发射后，在球壳的内壁上形成均匀的光强分布，此时，在积分球壁上任意位置开孔测量，都能获得与入射光成线性关系的光信号。为保证一次漫射的光不会直接进入采样孔，一般会在采样孔前设置挡光板，有几个采光孔就需设置几个挡光板，挡光板设置的位置需满足能够切断一次反射光直接进入采样孔的光路。

朗博漫射特性的涂层材料为金属粉末或非金属粉末。金属粉末比如金粉末、铜粉末和钨粉末等。非金属粉末比如硫酸钡、氧化镁或三氧化二铝等。这些涂层材料都可以承受功率较强的激光照射，而不会造成涂层的损坏。

需要测量的光参数决定了采样孔的数量，一个采样孔至少可以进行一项光参数的测量。采样孔3优选的是包括：光强采样孔13和/或光谱采样孔14；光强采样孔13的外侧设置有光强传感器10，用于探测光信号的强度信息；光谱采样孔14通过光纤连接至光谱测量系统，以探测光信号的光谱信息。图2中是以同时设置了光强采样孔13和光谱采样孔14为例进行的说明。

设置了光强传感器的积分球探测器可以直接实现光强的测量。使用中，在光谱采样孔外侧会设置光纤接口，以便于接入光纤。还可以进一步设置波形采样孔，在波形采样孔的外侧设置波形传感器，以探测待测光信号的时间特性。

光强传感器10可以包括光电型传感器，热电型传感器或热释型传感器。可以探测待测光的功率信息、能量信息等。

为进一步提升空心球壳的散热效果，空心球壳的材料为具有导热性的材料。材料的导热性越好，整个积分球探测器的散热性能就越好。导热性材料包括金属材料或非金属材料。

本发明实施例三的传感器和朗博漫射特性的涂层同样适用于本发明其他实施例的技术方案。

本发明实施例三提供的积分球探测器采用半导体制冷器冷却，其可以直接贴设在球壳外侧，结构简单，冷却效果可靠。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种积分球探测器，包括空心球壳，以及设置在所述空心球壳上的入光孔和采样孔，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于，所述冷却装置包括：

3.根据权利要求2所述的积分球探测器，其特征在于：所述冷却剂包括水或防冻液。

4.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于：所述冷却装置包括半导体制冷器，所述半导体制冷器贴设于部分或全部所述空心球壳的外部，用于冷却所述空心球壳。

5.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于：所述空心球壳由第一半球壳和第二半球壳扣合形成。

6.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于：所述空心球壳为内壁上涂覆有漫射涂层的空心球壳。

7.根据权利要求6所述的积分球探测器，其特征在于：所述漫射涂层为朗博漫射特性的涂层，均匀涂布于所述空心球壳的内壁上。

8.根据权利要求7所述的积分球探测器，其特征在于，所述朗博漫射特性的涂层材料为金属粉末或非金属粉末。

9.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于，所述采样孔包括：光强采样孔和/或光谱采样孔；

10.根据权利要求9所述的积分球探测器，其特征在于：所述光强传感器包括光电型传感器，热电型传感器或热释型传感器。

11.根据权利要求1所述的积分球探测器，其特征在于：所述空心球壳的材料为具有导热性的材料。

12.根据权利要求11所述的积分球探测器，其特征在于：所述导热性材料包括金属材料或非金属材料。