CN107024282A - 一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪 - Google Patents

一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及放射性检测技术领域，一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，包括孔径光阑、复消色差透镜、光学暗箱、起偏器、视场光阑、准直透镜、分束器、平面镜I、透镜I、光电二极管、跨阻抗放大器、窄带输出信号、Lyot光阑、声光可调谐滤波器AOTF、透镜II、平面镜II、微波发生器、CCD摄像机，由所述透镜II和平面镜II组成光回射系统，所述第一次滤出光通过所述透镜II到达平面镜II、并被所述平面镜II反射后通过所述透镜II再次进入所述声光可调谐滤波器AOTF中，经过第二次折射后其偏振方向不变并形成与原光束传播方向相对的第二次滤出光。本发明可调波长范围宽，带外光透射度低，辐射探测能力强，灵敏度高；使用光回射系统能够使得光损耗更小。

Description

一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪
技术领域
本发明涉及放射性检测技术领域，特别是一种基于双通声光可调谐滤波器AOTF构型的、使用特定的光回射器、能够有效抑制衍射旁瓣从而降低装置的机械敏感度、减少装置体积的一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪。
背景技术
可调谐辐射谱仪在许多科学研究和工业生产过程中有应用，其中的主要元件可调谐带通光学滤波器可以用于扫描宽带不均匀光源的功率分布，比如各种有特制薄膜的干涉滤波器、基于Lyot-Ohman概念的可调谐液晶滤波器、光学单色仪、声光可调谐滤波器AOTF等。其中，声光可调谐滤波器AOTF是一种固体电调带通滤波器，利用了各向异性介质中的声光原理，以双折射量随角度的变化来补偿因角度变化所引起的动量失配，能够从入射光源中选择、透射出单一波长的光。声光可调谐滤波器AOTF的基本结构有声光介质、电-声换能器阵列和声终端三部分，当射频信号加到换能器上时，激励出超声波并耦合到声光介质中；当自然光以一定的入射角入射到该声光介质时，由于声光相互作用，入射光被衍射成两束正交的线偏振光，即寻常光(o光)和非寻常光(e光)，改变超声波频率，两偏振光波长也将相应改变。通过改变作用在AOTF电-声换能器上的射频信号来控制透射光的波长(被滤出的一级衍射光)，根据波长范围来改变载波频率，就能够得到全范围的光谱分析；通过调节射频信号的幅度，也能调节透射光(滤出光)强度。光谱分析系统的性能主要由波长调谐范围、光谱分辨率、旁瓣决定，由于光的衍射作用，光谱分析系统中探测到的在某个特定位置的光在频域表现为一个主频率的峰，除此之外在主频率的峰两侧还有一些次级小峰，这就是所谓旁瓣。现有技术的基于AOTF的辐射谱仪大多是以单通模式工作，其缺点是，由于有较强的衍射旁瓣存在，带外光的会影响单通AOTF辐射谱仪的工作，所述一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪能解决这一问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明涉及一种基于双通AOTF的辐射谱仪，用于高温计量学，确定1000至2500摄氏度范围内高温黑体的热动力学温度，测试的波长范围在可见光范围650nm至1000nm可调。
本发明所采用的技术方案是：
所述一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，主要包括孔径光阑、复消色差透镜、光学暗箱、起偏器、视场光阑、准直透镜、分束器、平面镜I、透镜I、光电二极管、跨阻抗放大器、窄带输出信号、Lyot光阑、声光可调谐滤波器AOTF、透镜II、平面镜II、微波发生器、CCD摄像机，所述复消色差透镜、起偏器、视场光阑、准直透镜、分束器、平面镜I、透镜I、光电二极管、跨阻抗放大器、Lyot光阑、声光可调谐滤波器AOTF、透镜II、平面镜II、CCD摄像机位于所述光学暗箱内并组成辐射谱仪，所述辐射谱仪入口侧具有待测物体，所述微波发生器连接所述声光可调谐滤波器AOTF，所述孔径光阑直径30毫米、且位于所述光学暗箱入口处，所述视场光阑直径1毫米，进而能够决定所述待测物体上被探测的区域相对于所述辐射谱仪的立体角Ω，所述起偏器用于控制入射光的线性光学偏振的方向，所述CCD摄像机用于收集被所述起偏器折射的p偏振光，以对所述待测物体上被探测的区域进行成像，在所述声光可调谐滤波器AOTF的前侧面的所述Lyot光阑用于对辐射谱仪的调制传输函数进行过滤，以减少装置中的杂散光；所述待测物体发出的光依次经过所述孔径光阑、复消色差透镜、起偏器、视场光阑、准直透镜、分束器、Lyot光阑到达所述声光可调谐滤波器AOTF并被折射形成第一次滤出光射出，所述第二次滤出光经过所述Lyot光阑到达所述分束器，所述分束器用于使得约20％的第二次滤出光发生偏转，并经所述平面镜I和透镜I进入所述光电二极管被转换成电压信号，并通过所述跨阻抗放大器放大后得到所述窄带输出信号。
由所述透镜II和平面镜II组成光回射系统，所述第一次滤出光通过所述透镜II到达平面镜II、并被所述平面镜II反射后通过所述透镜II再次进入所述声光可调谐滤波器AOTF中，经过第二次折射后其偏振方向不变并形成与原光束传播方向相对的第二次滤出光。
所述孔径光阑与所述待测物体距离约为900毫米；能够对波长范围在650nm至1000nm的光谱进行采集和过滤；用于高温计量学时，能够确定1000至2500摄氏度范围内高温黑体的热动力学温度。
采用所述一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪的实验步骤为：
一.将所述辐射谱仪置于特定位置，以使得所述孔径光阑与待测物体距离约为900毫米；
二.使用所述CCD摄像机观测待测物体上的被探测区域的像，所述待测物体上只有被探测区域发出的光能进入所述辐射谱仪中，被探测区域的面积为A；
三.通过移动所述辐射谱仪来对所述待测物体上的不同区域进行探测；
四.进入所述辐射谱仪的光，在两次经过所述声光可调谐滤波器AOTF后，进入所述光电二极管，转换成电压信号并由所述跨阻抗放大器放大后输出所述窄带输出信号，输出电压其中，G是跨阻抗放大器增益，B是进入所述光电二极管的光通量相对于进入所述孔径光阑的光通量的比值，λ代表波长，T2(λ，v0)是双通构型的所述声光可调谐滤波器AOTF在某个频率下的透射系数，SPD(λ)是所述光电二极管的光谱响应，φi(λ)是输入光通量密度、且其在进入辐射谱仪后取决于光源的光谱辐射L(λ)，φi(λ)＝Ω·A·L(λ)；
五.所述微波发生器输出的微波频率在某个固定值时，所述声光可调谐滤波器AOTF将光束中某个窄带频率范围的光过滤出来，以扫描的方式改变所述微波发生器输出的微波频率，以调控所述声光可调谐滤波器AOTF扫描过滤窄带光，并得到所述待测物体在波长范围650nm至1000nm的辐射光谱，并以此分析所述待测物体的热力学温度。
本发明的有益效果是：
本发明可调波长范围宽，带外光透射度低，辐射探测能力强，灵敏度高；使用光回射系统能够使得光损耗更小。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图。
图中，1.光源，2.孔径光阑，3.复消色差透镜，4.光学暗箱，5.起偏器，6.视场光阑，7.准直透镜，8.分束器，9.平面镜I，10.透镜I，11.光电二极管，12.跨阻抗放大器，13.窄带输出信号，14.Lyot光阑，15.声光可调谐滤波器AOTF，16.透镜II，17.平面镜II，18.微波发生器，19.CCD摄像机。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，主要包括孔径光阑2、复消色差透镜3、光学暗箱4、起偏器5、视场光阑6、准直透镜7、分束器8、平面镜I9、透镜I10、光电二极管11、跨阻抗放大器12、窄带输出信号13、Lyot光阑14、声光可调谐滤波器AOTF15、透镜II16、平面镜II17、微波发生器18、CCD摄像机19，所述复消色差透镜3、起偏器5、视场光阑6、准直透镜7、分束器8、平面镜I9、透镜I10、光电二极管11、跨阻抗放大器12、Lyot光阑14、声光可调谐滤波器AOTF15、透镜II16、平面镜II17、CCD摄像机19位于所述光学暗箱4内并组成辐射谱仪，所述辐射谱仪入口侧具有待测物体1，所述微波发生器18连接所述声光可调谐滤波器AOTF15，所述孔径光阑2直径30毫米、且位于所述光学暗箱4入口处，所述视场光阑6直径1毫米，进而能够决定所述待测物体1上被探测的区域相对于所述辐射谱仪的立体角Ω，所述起偏器5用于控制入射光的线性光学偏振的方向，所述CCD摄像机19用于收集被所述起偏器5折射的p偏振光，以对所述待测物体1上被探测的区域进行成像，在所述声光可调谐滤波器AOTF15的前侧面的所述Lyot光阑14用于对辐射谱仪的调制传输函数进行过滤，以减少装置中的杂散光；所述待测物体1发出的光依次经过所述孔径光阑2、复消色差透镜3、起偏器5、视场光阑6、准直透镜7、分束器8、Lyot光阑14到达所述声光可调谐滤波器AOTF15并被折射形成第一次滤出光射出，所述第二次滤出光经过所述Lyot光阑14到达所述分束器8，所述分束器8用于使得约20％的第二次滤出光发生偏转，并经所述平面镜I9和透镜I10进入所述光电二极管11被转换成电压信号，并通过所述跨阻抗放大器12放大后得到所述窄带输出信号13。
由所述透镜II16和平面镜II17组成光回射系统，所述第一次滤出光通过所述透镜II16到达平面镜II17、并被所述平面镜II17反射后通过所述透镜II16再次进入所述声光可调谐滤波器AOTF15中，经过第二次折射后其偏振方向不变并形成与原光束传播方向相对的第二次滤出光。
所述孔径光阑2与所述待测物体1距离约为900毫米；能够对波长范围在650nm至1000nm的光谱进行采集和过滤；用于高温计量学时，能够确定1000至2500摄氏度范围内高温黑体的热动力学温度。

Claims (4)

1.一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，主要包括孔径光阑(2)、复消色差透镜(3)、光学暗箱(4)、起偏器(5)、视场光阑(6)、准直透镜(7)、分束器(8)、平面镜I(9)、透镜I(10)、光电二极管(11)、跨阻抗放大器(12)、窄带输出信号(13)、Lyot光阑(14)、声光可调谐滤波器AOTF(15)、透镜II(16)、平面镜II(17)、微波发生器(18)、CCD摄像机(19)，所述复消色差透镜(3)、起偏器(5)、视场光阑(6)、准直透镜(7)、分束器(8)、平面镜I(9)、透镜I(10)、光电二极管(11)、跨阻抗放大器(12)、Lyot光阑(14)、声光可调谐滤波器AOTF(15)、透镜II(16)、平面镜II(17)、CCD摄像机(19)位于所述光学暗箱(4)内并组成辐射谱仪，所述辐射谱仪入口侧具有待测物体(1)，所述微波发生器(18)连接所述声光可调谐滤波器AOTF(15)，所述孔径光阑(2)直径30毫米、且位于所述光学暗箱(4)入口处，所述视场光阑(6)直径1毫米，进而能够决定所述待测物体(1)上被探测的区域相对于所述辐射谱仪的立体角Ω，所述起偏器(5)用于控制入射光的线性光学偏振的方向，所述CCD摄像机(19)用于收集被所述起偏器(5)折射的p偏振光，以对所述待测物体(1)上被探测的区域进行成像，在所述声光可调谐滤波器AOTF(15)的前侧面的所述Lyot光阑(14)用于对辐射谱仪的调制传输函数进行过滤，以减少装置中的杂散光；所述待测物体(1)发出的光依次经过所述孔径光阑(2)、复消色差透镜(3)、起偏器(5)、视场光阑(6)、准直透镜(7)、分束器(8)、Lyot光阑(14)到达所述声光可调谐滤波器AOTF(15)并被折射形成第一次滤出光射出，所述第二次滤出光经过所述Lyot光阑(14)到达所述分束器(8)，所述分束器(8)用于使得约20％的第二次滤出光发生偏转，并经所述平面镜I(9)和透镜I(10)进入所述光电二极管(11)被转换成电压信号，并通过所述跨阻抗放大器(12)放大后得到所述窄带输出信号(13)，
其特征是：由所述透镜II(16)和平面镜II(17)组成光回射系统，所述第一次滤出光通过所述透镜II(16)到达平面镜II(17)、并被所述平面镜II(17)反射后通过所述透镜II(16)再次进入所述声光可调谐滤波器AOTF(15)中，经过第二次折射后其偏振方向不变并形成与原光束传播方向相对的第二次滤出光。
2.根据权利要求1所述的一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，其特征是：所述孔径光阑(2)与所述待测物体(1)距离约为900毫米。
3.根据权利要求1所述的一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，其特征是：能够对波长范围在650nm至1000nm的光谱进行采集和过滤。
4.根据权利要求1所述的一种基于声光可调谐滤波器的辐射谱仪，其特征是：用于高温计量学时，能够确定1000至2500摄氏度范围内高温黑体的热动力学温度。
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