CN110031430A - 双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置及方法，该装置包括相干光源、干涉光路、第一光电探测器、第二光电探测器、采集卡和上位机，本发明通过干涉光路中的电子快门将整个测试过程分为周期的曝光过程与采集过程，曝光时双光束干涉光路中的两个光束均同时照射在体全息材料表面，采集时双光束干涉光路中只有一束光照射在体全息材料表面，光电探测器进行数据采集。本发明采用了与曝光过程中入射光束完全一致的入射光进行衍射测试，因此总能保证Bragg角度高精度匹配，不会受到安装不一致、材料收缩等因素的影响。由于测量所使用波长与记录波长一致，因此整个过程中只需要一台激光器，不需要探测波长避开吸收光谱区。
Description
技术领域
本发明涉及体全息材料领域，尤其涉及双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置及方法。
背景技术
体全息技术被视为下一代只读存储技术的候选技术之一，已经得到科研以及大型企业的密切关注。体全息技术的实现离不开高性能体全息图存储介质，世界各国均在对高性能体全息存储介质进行研究开发。体全息存储介质的研究开发过程中需要对体全息存储介质的灵敏度进行测量，现有方案通常都采用双波长进行体全息存储介质灵敏度实时测量，其方法为采用波长1进行干涉记录，采用波长2进行衍射光强探测，通过测量波长2的衍射效率来判断存储介质的灵敏度高低，该方法面临了如下问题：
(1)当存储介质存在一定收缩时，实时测量过程中探测光会因为收缩而无法动态保证Bragg角度匹配，进而影响测量结果；
(2)每一次重新安装存储介质的同时，受安装过程的细微误差，也会影响到Bragg角度匹配，进而影响测量结果；
(3)当切换存储介质种类时，存储介质的吸收谱需要进行测定并选择新的波长2以便避开存储介质的高吸收光谱区，进而导致激光器的大量投入。
双波长方案的这些问题特别不适合研发过程中的体全息存储介质灵敏度测试，因为研发过程中的体全息存储介质往往存在收缩率高、制作一致性较差以及成分调整引起的吸收谱变化等。
发明内容
针对上述现有体全息存储介质灵敏度实时测试方法所存在的问题，本发明提出了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置及方法，本发明让干涉光路中的一个支路进行周期的打开与关闭，采用两个探测器进行双光路光强信号的采集，对双探测器的信号进行处理可实现曝光过程中的衍射效率测量。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提出了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，包括相干光源、干涉光路、第一光电探测器、第二光电探测器、采集卡和上位机，其中：
相干光源，用于提供具有一定相干性的相干光。
干涉光路，将相干光源提供的相干光分成两束，再使这两束相干光在体全息材料所处位置发生干涉。
第一光电探测器和第二光电探测器，用于对干涉光路中干涉后的光束进行强度探测。
采集卡，用于采集第一光电探测器和第二光电探测器输出的电压信号并转换成数字信号。
上位机，用于处理和存储采集卡得到的数字信号。
进一步的，所述干涉光路包括第一电子快门、第一半波片、偏振分光棱镜、第二电子快门和第二半波片，所述第一电子快门、第一半波片、偏振分光棱镜分别依次设置，所述第二电子快门和第二半波片分别设置于偏振分光棱镜的两个分光方向。具体的，所述相干光源提供的相干光依次通过第一电子快门、第一半波片和偏振分光棱镜后被分为两束，其中一束通过第二电子快门后照射到体全息材料上，另一束通过第二半波片后照射体全息材料上，然后两束相干光分别由第一光电探测器和第二光电探测器进行强度探测。
进一步的，所述干涉光路还包括扩束镜和光阑，所述扩束镜和光阑依次设置于第一电子快门和第一半波片之间。
进一步的，所述干涉光路还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于第一光电探测器前方，所述所述第二透镜设置于第二光电探测器前方。
进一步的，所述相干光源为相干长度大于10毫米的激光光源。
进一步的，所述光电探测器的采样率不低于1kHz。
进一步的，所述采集卡的采集率高于光电探测器采样率。
此外，本发明还提出了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试方法，包括以下步骤：
步骤一：调整干涉光路使其所产生的两束相干光具有一致的功率及偏振态；
步骤二：关闭第一电子快门和第二电子快门，采集第一光电探测器与第二光电探测器的本底信号强度B1、B2；
步骤三：打开第一电子快门和第二电子快门，采集第一光电探测器与第二光电探测器的在没有放置体全息材料时的信号强度
步骤四：放置体全息材料于干涉光路中的干涉位置；
步骤五：打开第一电子快门，第二电子快门处于周期性的开关状态，其中关闭时间占周期的5％以下，每当第二电子快门关闭时，采集第一光电探测器与第二光电探测器的信号强度P1、P2；
步骤六：将上述步骤中的B1、B2、P1、P2代入下式得到某一次采集时的衍射效率：
进一步的，所述第二电子快门的最短关闭时间小于0.1秒。
本发明通过干涉光路的电子快门将整个测试过程分为周期的曝光过程与采集过程，曝光时双光束干涉光路中的两个光束均同时照射在体全息材料表面，采集时双光束干涉光路中只有一束光照射在体全息材料表面，光电探测器进行数据采集。
本发明的有益效果在于：
(1)采用了与曝光过程中入射光束完全一致的入射光进行衍射测试，因此总能保证Bragg角度高精度匹配，不会受到安装不一致、材料收缩等因素的影响；
(2)由于测量所使用波长与记录波长一致，因此整个过程中只需要一台激光器，不需要探测波长避开吸收光谱区。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图2是实施例中第一电子快门与第二电子快门的开关时间关系图；
图3是校正前后的衍射效率测试结果；
附图标记：
1-相干光源、2-干涉光路、3-第一光电探测器、4-第二光电探测器、5-采集卡、6-上位机、7-体全息材料；
21-第一电子快门、22-扩束镜、23-光阑、24-第一半波片、25-偏振分光棱镜、26-第二电子快门、27-第二半波片、28-第一透镜、29-第二透镜。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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1
如图1所示，本实施例提供了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，包括相干光源1、干涉光路2、第一光电探测器3、第二光电探测器4、采集卡5和上位机6，其中，相干光源1用于提供具有一定相干性的相干光，干涉光路2将相干光源1提供的相干光分成两束，再使这两束相干光在体全息材料7所处位置发生干涉，第一光电探测器3和第二光电探测器4用于对干涉光路2中干涉后的光束进行强度探测，采集卡5用于采集第一光电探测器3和第二光电探测器4输出的电压信号并转换成数字信号，上位机6用于处理和存储采集卡5得到的数字信号。
具体的，干涉光路2包括第一电子快门21、扩束镜22、光阑23、第一半波片24、偏振分光棱镜25、第二电子快门26、第二半波片27、第一透镜28和第二透镜29，第一电子快门21、扩束镜22、光阑23、第一半波片24、偏振分光棱镜25分别依次设置，第二电子快门26和第二半波片27分别设置于偏振分光棱镜25的两个分光方向，第一透镜28设置于第一光电探测器3前方，第二透镜29设置于第二光电探测器4前方。
上述测试装置的工作过程为：相干光源1提供的相干光首先通过第一电子快门21，然后通过扩束镜22进行扩束，经过光阑23达到需要的光束尺寸，再通过第一半波片24进行偏振态的调整，光束通过偏振分光棱镜25(PBS)后被分为两束(分束比由第一半波片24调整为1：1)，其中一束通过第二电子快门26后到达体全息材料7的安装区域，再通过第一透镜28后由第一光电探测器3进行强度探测；另一束通过第二半波片27(使两束偏振态一致)后到达体全息材料7的安装区域，再通过第二透镜29后由第二光电探测器4进行强度探测，第一光电探测器3和第二光电探测器4的输出信号连接至采集卡5进行模数转换，再将数字信号传输至上位机6。
此外，本实施例还提供了一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试方法，包括以下步骤：
步骤一：调整干涉光路2使其所产生的两束相干光具有一致的功率及偏振态；
步骤二：关闭第一电子快门21和第二电子快门26，采集第一光电探测器3与第二光电探测器4的本底信号强度B1、B2；
步骤三：打开第一电子快门21和第二电子快门26，采集第一光电探测器3与第二光电探测器4的在没有放置体全息材料7时的信号强度
步骤四：放置体全息材料7于干涉光路2中的干涉位置；
步骤五：打开第一电子快门21，第二电子快门26处于周期性的开关状态，其中关闭时间占周期的5％以下，每当第二电子快门26关闭时，采集第一光电探测器3与第二光电探测器4的信号强度P1、P2；
步骤六：将上述步骤中的B1、B2、P1、P2代入下式得到某一次采集时的衍射效率：
其中，第一电子快门21和第二电子快门26的开关时间关系如图2所示。
此外，衍射效率计算公式的推导如下：
设实测信号由放大系数m(视为常量)与本底b(视为常量)组成，即
P＝m[b+p(t)] (3-2)
其中，p(t)为真实信号。
对于第一光电探测器3和第二光电探测器4，其对应的真实信号为p1(t)、p2(t)，但实测信号为：
P1＝m1[b1+p1(t)] (3-3)
P2＝m2[b2+p2(t)] (3-4)
当关闭输入激光时，真实信号为0，测量值即为本底：
B1＝m1b1 (3-5)
B2＝m2b2 (3-6)
调整两支路的实际功率，使其相等，于是真实输入信号p1(t)＝p2(t)＝p0(t)，测量值分别为：
减去本底再相除，可求得放大系数的比值：
理论上，衍射效率表达如下：
认为p2(t)代表测量衍射信号的探测器，对上式进行数据处理，可以表示为测量信号的表达式：
上式得到修正后由测量值表示的衍射效率。
如图3所示，为某次测试校正前后的衍射效率测试结果。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上：
本实施例的相干光源1采用相干长度大于20毫米的连续激光器，具体为MSL-III-532的单纵模绿光激光器，第一光电探测器3和第二光电探测器4采用型号为PDA36A2的硅基探测器，上位机6为计算机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。
Claims (8)
1.一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，包括相干光源、干涉光路、第一光电探测器、第二光电探测器、采集卡和上位机，其中：
相干光源，用于提供具有一定相干性的相干光；
干涉光路，将相干光源提供的相干光分成两束，再使这两束相干光在体全息材料所处位置发生干涉；
第一光电探测器和第二光电探测器，用于对干涉光路中干涉后的光束进行强度探测；
采集卡，用于采集第一光电探测器和第二光电探测器输出的电压信号并转换成数字信号；
上位机，用于处理和存储采集卡得到的数字信号；
所述干涉光路包括第一电子快门、第一半波片、偏振分光棱镜、第二电子快门和第二半波片，所述第一电子快门、第一半波片、偏振分光棱镜分别依次设置，所述第二电子快门和第二半波片分别设置于偏振分光棱镜的两个分光方向；
所述相干光源提供的相干光依次通过第一电子快门、第一半波片和偏振分光棱镜后被分为两束，其中一束通过第二电子快门后照射到体全息材料上，另一束通过第二半波片后照射体全息材料上，然后两束相干光分别由第一光电探测器和第二光电探测器进行强度探测。
2.根据权利要求1所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，所述干涉光路还包括扩束镜和光阑，所述扩束镜和光阑依次设置于第一电子快门和第一半波片之间。
3.根据权利要求1所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，所述干涉光路还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于第一光电探测器前方，所述所述第二透镜设置于第二光电探测器前方。
4.根据权利要求1所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，所述相干光源为相干长度大于10毫米的激光光源。
5.根据权利要求1所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，所述光电探测器的采样率不低于1kHz。
6.根据权利要求1所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置，其特征在于，所述采集卡的采集率高于光电探测器采样率。
7.一种如权利要求1所述的双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：调整干涉光路使其所产生的两束相干光具有一致的功率及偏振态；
步骤二：关闭第一电子快门和第二电子快门，采集第一光电探测器与第二光电探测器的本底信号强度B1、B2；
步骤三：打开第一电子快门和第二电子快门，采集第一光电探测器与第二光电探测器的在没有放置体全息材料时的信号强度
步骤四：放置体全息材料于干涉光路中的干涉位置；
步骤五：打开第一电子快门，第二电子快门处于周期性的开关状态，其中关闭时间占周期的5％以下，每当第二电子快门关闭时，采集第一光电探测器与第二光电探测器的信号强度P1、P2；
步骤六：将上述步骤中的B1、B2、P1、P2代入下式得到某一次采集时的衍射效率：
8.根据权利要求7所述的一种双探测器时分复用体全息材料灵敏度实时测试方法，其特征在于，所述第二电子快门的最短关闭时间小于0.1秒。
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