CN108303374A - 一种可改光强的非线性测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可改光强的非线性测量系统，包括可编程激光器、步进位移台、控制箱，所述可编程激光器的上方设置有反镜机，所述反镜机的一侧设置有第一小孔光阑，所述第一凸透镜的一侧放置有步进位移台，所述步进位移台的一侧设置有BS分光棱镜，所述反镜机的上方放置有第一探测器，所述第一探测器的一端通过导线与控制箱连接。本发明通过设置反镜机、第一探测器、可编程激光器、控制箱、第一小孔光阑、第二小孔光阑、BS分光棱镜、步进位移台结构，解决了影响非线性折射系数的精度、缺少了对不同光强高斯光束下的测量、不够智能化和自动化和没有研究不同光强下物质的非线性吸收率和非线性折射率有什么样的变化的问题。
Description
技术领域
本发明涉及非线性光学和计算机技术领域，具体为一种可改光强的非线性测量系统。
背景技术
测量材料的非线性折射率和非线性吸收率系数是研究非线性光学的重要手段，传统测量光学非线性的方法很多，例如非线性干涉、简并四波混频、近简并三波混频、光束畸变测量等方法，这几种方法灵敏度高，但是无法区分非线性折射率的正负，且测量装置复杂，实现起来比较困难。而Z扫描技术的出现因其灵敏度高、装置简单克服了以上方法的困难被广泛运用并具有很重要的实际应用价值，本发明具体为一种可改光强的非线性测量系统。
但是现有的技术存在以下的不足：
1、Z扫描分为开孔Z扫描和闭孔Z扫描，分别用来测量非线性吸收率和非线性折射率，但是经过实际的理论分析发现当样品出现非线性折射时往往会伴随饱和吸收或者反饱和吸收影响非线性折射系数的精度；
2、现有的Z扫描装置都是在固定光强的高斯光束下进行测量缺少了对不同光强高斯光束下的测量。
3、现有的Z扫描技术并没有将样品移动的控制同数据采集和数据处理同时的实时的通过一个系统进行控制，使测量的数据不够精准，浪费时间，不够智能化和自动化。
4、现有的Z扫描技术都是探测单一光强下的物质的非线性吸收率和非线性折射率，没有研究不同光强下物质的非线性吸收率和非线性折射率有什么样的变化。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种可改光强的非线性测量系统，解决了影响非线性折射系数的精度、缺少了对不同光强高斯光束下的测量、不够智能化和自动化和没有研究不同光强下物质的非线性吸收率和非线性折射率有什么样的变化的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可改光强的非线性测量系统，包括可编程激光器、步进位移台、控制箱，所述可编程激光器的上方设置有反镜机，所述反镜机的一侧设置有第一小孔光阑，所述第一小孔光阑的一侧设置有第一凸透镜，所述第一凸透镜的一侧放置有步进位移台，所述步进位移台的表面放置有待测样品，所述步进位移台的一侧设置有BS分光棱镜，所述BS分光棱镜的一侧设置有第二小孔光阑，所述第二小孔光阑的一侧放置有第二探测器，所述BS分光棱镜的下方设置有第二凸透镜，所述第二凸透镜的下方放置有第三探测器，所述反镜机的上方放置有第一探测器，所述第一探测器的一端通过导线与控制箱连接，所述控制箱由中央处理器、步进电机控制卡和表头显示区构成，所述中央处理器的一侧连接有电源线，所述中央处理器的另一侧通过导线连接有PC机。
优选的，所述第一探测器的另一端通过导线与可编程激光器连接。
优选的，所述控制箱分别与第一探测器、第二探测器和第三探测器连接。
优选的，所述中央处理器的输出端与表头显示区和步进电机控制卡连接。
本发明提供了一种可改光强的非线性测量系统，具备以下有益效果：
（1）本发明通过设置反镜机、第一探测器，反镜机与水平方向成四十五度角，将入射光分为透射光和反射光两部分，其中透射光很弱，反射光较强，反射光照射到待测样品上，并从待测样品射出，到达BS分光棱镜，入射光由可编程激光器产生，第一探测器用于较弱的透射光，作为系统的参照光，用于减小可编程激光器由于输出功率不稳定而造成的激光功率不稳定的误差，结构简单，测量方便，消除非线性折射率受饱和吸收或者反饱和吸收的影响，从而有效的解决了影响非线性折射系数的精度的问题。
（2）本发明通过设置可编程激光器，本发明中的可编程激光器可以和计算机进行通信，从CP端利用程序，下达改光强命令，能够精确的更改可编程激光器输出的激光光强，高速采集数据并实时反馈到PC端，绘制图形曲线，方便对数据的处理，从而有效的解决了缺少了对不同光强高斯光束下的测量的问题。
（3）本发明通过设置控制箱，第二凸透镜用于汇聚从BS分光棱镜射出的反射光，防止光束过宽，无法被探测器完全探测，控制箱与PC机、步进电机、第一探测器、第二探测器、第三探测器相连，用于接收探测器反馈的数据并传输到PC端和PC端下达给步进电机的命令，中央处理器用于处理探测器反馈的数据，包括探测头反馈的透射光光强和反射光光强，本发明设计了智能控制与实时数据采集处理系统，运用LABVIEW编程设计了一个可以进行实时控制、采集、处理的多功能系统,控制箱利用调用动态链接库控制步进电机控制卡进而运用步进电机控制卡控制步进位移台，进而可以精准实时控制待测样品的运动，利用了控制、采集和处理三合一的测量系统，使测量的时间减少，精度提高，变成了智能化自动化的测量系统，很大程度上节省了人力，能够广泛的应用于物质的非线性光学测量等领域，从而有效的解决了不够智能化和自动化的问题。
（4）本发明通过设置第一小孔光阑、第二小孔光阑、BS分光棱镜、步进位移台，通过将第一小孔光阑用于准直激光光路，减小系统误差，第二小孔光阑用于组建Z扫描闭孔光路，使用时需将光阑关到最小，BS分光棱镜用于将反射光分为两束光强相同的光路，一路为反射光，一路为透射光，第二探测器用于探测从BS分光棱镜射出的透射光光强，第三探测器用于探测从BS分光棱镜射出的反射光光强，将待测样品放置于步进位移台上进行测量，便能够开展在不同光强下的非线性参数的二维扫描实验，从而有效的解决了没有研究不同光强下物质的非线性吸收率和非线性折射率有什么样的变化的问题。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明控制箱原理图。
图中：1可编程激光器、2反镜机、3第一探测器、4第一小孔光阑、5第一凸透镜、6步进位移台、7待测样品、8BS分光棱镜、9第二小孔光阑、10第二探测器、11第二凸透镜、12第三探测器、13控制箱、14PC机、15导线、16中央处理器、17步进电机控制卡、18表头显示区、19电源线。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
如图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种可改光强的非线性测量系统，包括可编程激光器1、步进位移台6、控制箱13，可编程激光器1的上方设置有反镜机2，反镜机2的一侧设置有第一小孔光阑4，第一小孔光阑4的一侧设置有第一凸透镜5，第一凸透镜5的一侧放置有步进位移台6，步进位移台6的表面放置有待测样品7，步进位移台6的一侧设置有BS分光棱镜8，BS分光棱镜8的一侧设置有第二小孔光阑9，第二小孔光阑9的一侧放置有第二探测器10，BS分光棱镜8的下方设置有第二凸透镜11，第二凸透镜11的下方放置有第三探测器12，反镜机2的上方放置有第一探测器3，第一探测器3的一端通过导线15与控制箱13连接，第一探测器3的另一端通过导线15与可编程激光器1连接，控制箱13由中央处理器16、步进电机控制卡17和表头显示区18构成，中央处理器16的输出端与表头显示区18和步进电机控制卡17连接，中央处理器16的一侧连接有电源线19，中央处理器16的另一侧通过导线15连接有PC机14，控制箱13分别与第一探测器3、第二探测器10和第三探测器12连接，本发明中的可编程激光器1可以和计算机进行通信，从CP端利用程序，下达改光强命令，能够精确的更改可编程激光器1输出的激光光强，高速采集数据并实时反馈到PC端，绘制图形曲线，方便对数据的处理，反镜机2与水平方向成四十五度角，将入射光分为透射光和反射光两部分，其中透射光很弱，反射光较强，反射光照射到待测样品7上，并从待测样品7射出，到达BS分光棱镜8，入射光由可编程激光器1产生，第一探测器3用于较弱的透射光，作为系统的参照光，用于减小可编程激光器1由于输出功率不稳定而造成的激光功率不稳定的误差，结构简单，测量方便，消除非线性折射率受饱和吸收或者反饱和吸收的影响，通过将第一小孔光阑4用于准直激光光路，减小系统误差，第二小孔光阑9用于组建Z扫描闭孔光路，使用时需将光阑关到最小，BS分光棱镜8用于将反射光分为两束光强相同的光路，一路为反射光，一路为透射光，第二探测器10用于探测从BS分光棱镜8射出的透射光光强，第三探测器12用于探测从BS分光棱镜8射出的反射光光强，将待测样品7放置于步进位移台6上进行测量，便能够开展在不同光强下的非线性参数的二维扫描实验，在待测样品7的后面加上了分光棱镜8，一束光经过后加上第二凸透镜11用来单独测量非线性吸收率，并且同时反馈当前光束饱和吸收或反饱和吸收参量，另一束光用来测量在有干扰情况下的非线性折射系数，最后再将两组同时测量的数据一起进行处理进而得到没有干扰的非线性折射系数，第二凸透镜11用于汇聚从BS分光棱镜8射出的反射光，防止光束过宽，无法被探测器完全探测，控制箱13与PC机14、步进电机、第一探测器3、第二探测器10、第三探测器12相连，用于接收探测器反馈的数据并传输到PC端和PC端下达给步进电机的命令，中央处理器16用于处理探测器反馈的数据，包括探测头反馈的透射光光强和反射光光强，本发明设计了智能控制与实时数据采集处理系统，运用LABVIEW编程设计了一个可以进行实时控制、采集、处理的多功能系统,控制箱13利用调用动态链接库控制步进电机控制卡17进而运用步进电机控制卡17控制步进位移台6，进而可以精准实时控制待测样品7的运动，利用了控制、采集和处理三合一的测量系统，使测量的时间减少，精度提高，变成了智能化自动化的测量系统，很大程度上节省了人力，能够广泛的应用于物质的非线性光学测量等领域。
使用时，本发明中的可编程激光器1可以和计算机进行通信，从CP端利用程序，下达改光强命令，反镜机2与水平方向成四十五度角，将入射光分为透射光和反射光两部分，反射光照射到待测样品7上，并从待测样品7射出，到达BS分光棱镜8，入射光由可编程激光器1产生，第一探测器3用于较弱的透射光，作为系统的参照光，用于减小可编程激光器1由于输出功率不稳定而造成的激光功率不稳定的误差，第一小孔光阑4用于准直激光光路，，第二小孔光阑9用于组建Z扫描闭孔光路，BS分光棱镜8用于将反射光分为两束光强相同的光路，第二探测器10用于探测从BS分光棱镜8射出的透射光光强，第三探测器12用于探测从BS分光棱镜8射出的反射光光强，将待测样品7放置于步进位移台6上进行测量，第二凸透镜11用于汇聚从BS分光棱镜8射出的反射光，防止光束过宽，无法被探测器完全探测，控制箱13用于接收探测器反馈的数据并传输到PC端和PC端下达给步进电机的命令，中央处理器16用于处理探测器反馈的数据，包括探测头反馈的透射光光强和反射光光强。
综上可得，本发明通过设置反镜机2、第一探测器3、可编程激光器1、控制箱13、第一小孔光阑4、第二小孔光阑9、BS分光棱镜8、步进位移台6结构，解决了影响非线性折射系数的精度、缺少了对不同光强高斯光束下的测量、不够智能化和自动化和没有研究不同光强下物质的非线性吸收率和非线性折射率有什么样的变化的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种可改光强的非线性测量系统，包括可编程激光器（1）、步进位移台（6）、控制箱（13），其特征在于：所述可编程激光器（1）的上方设置有反镜机（2），所述反镜机（2）的一侧设置有第一小孔光阑（4），所述第一小孔光阑（4）的一侧设置有第一凸透镜（5），所述第一凸透镜（5）的一侧放置有步进位移台（6），所述步进位移台（6）的表面放置有待测样品（7），所述步进位移台（6）的一侧设置有BS分光棱镜（8），所述BS分光棱镜（8）的一侧设置有第二小孔光阑（9），所述第二小孔光阑（9）的一侧放置有第二探测器（10），所述BS分光棱镜（8）的下方设置有第二凸透镜（11），所述第二凸透镜（11）的下方放置有第三探测器（12），所述反镜机（2）的上方放置有第一探测器（3），所述第一探测器（3）的一端通过导线（15）与控制箱（13）连接，所述控制箱（13）由中央处理器（16）、步进电机控制卡（17）和表头显示区（18）构成，所述中央处理器（16）的一侧连接有电源线（19），所述中央处理器（16）的另一侧通过导线（15）连接有PC机（14）。
2.根据权利要求1所述的一种可改光强的非线性测量系统，其特征在于：所述第一探测器（3）的另一端通过导线（15）与可编程激光器（1）连接。
3.根据权利要求1所述的一种可改光强的非线性测量系统，其特征在于：所述控制箱（13）分别与第一探测器（3）、第二探测器（10）和第三探测器（12）连接。
4.根据权利要求1所述的一种可改光强的非线性测量系统，其特征在于：所述中央处理器（16）的输出端与表头显示区（18）和步进电机控制卡（17）连接。
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