CN111122397B - 一种光学材料性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学材料性能检测装置，属于材料性能测试技术领域，能够解决现有装置不能提供光学材料二阶非线性光学信号检测区域处准确可靠的粒度信息，从而不能准确反映光学材料的二阶非线性光学性能的问题。所述检测装置包括：样品台，用于放置待测样品；图像采集模块，设置在样品台的上方，用于采集待测样品的待测区域的图像；处理模块，用于根据待测区域的图像获取待测区域中待测样品的粒度信息。本发明用于光学材料的二阶非线性光学性能分析。

Description

一种光学材料性能检测装置

技术领域

本发明涉及一种光学材料性能检测装置，属于材料性能测试技术领域。

背景技术

由于二阶非线性光学材料应用的频率范围从极深紫外波段到中远红外波段，甚至是太赫兹波段，应用范围较广，故二阶非线性光学材料在激光应用中有着极为重要的地位，因而探索研发性能优异的二阶非线性光学材料，一直以来都受到光学材料领域的重视。由于新型二阶非线性光学材料的研发需要从浩如烟海的合成物质中寻找适合的候选材料，再经历材料探索、性能表征、材料工艺研究等若干过程，从而需要花费研究人员大量的心血。

决定二阶非线性光学材料的应用潜力是该材料的二阶非线性光学性能，研发人员常常通过测量光学材料粉体的二阶非线性光学性能来评价材料在非线性光学应用中的可能。二阶非线性光学性能的测试结果的可靠与否与该材料粉末的粒度直接相关。目前，二阶非线性光学材料性能的表征，首先通过筛分的方式得出光学材料样品粗略的粒度信息，然后对该筛分后的光学材料样品进行二阶非线性光学信号测量，再结合光学材料样品的粒度信息和二阶非线性光学信号综合得出光学材料样品的二阶非线性光学性能。由于光学材料样品是通过筛分的方式给出粗略的粒度，不能提供二阶非线性光学信号检测区域准确可靠的粒度信息，从而不能准确反映光学材料的二阶非线性光学性能。

发明内容

本发明提供了一种光学材料性能检测装置，能够解决现有装置不能提供光学材料二阶非线性光学信号检测区域处准确可靠的粒度信息，从而不能准确反映光学材料的二阶非线性光学性能的问题。

本发明提供了一种光学材料性能检测装置，所述检测装置包括：样品台，用于放置待测样品；图像采集模块，设置在所述样品台的上方，用于采集所述待测样品的待测区域的图像；处理模块，用于根据所述待测区域的图像获取所述待测区域中待测样品的粒度信息。

可选的，所述图像采集模块位于所述待测区域的正上方。

可选的，所述检测装置还包括照明光源，所述照明光源用于照射所述待测样品，以在所述待测样品上形成光斑，所述光斑为所述待测区域。

可选的，所述检测装置还包括设置在所述照明光源出射光路上的第一光学组件，所述第一光学组件用于对所述照明光源出射的光线进行整形。

可选的，所述检测装置还包括设置在所述第一光学组件出射光路上的光阑，所述光阑用于调节从所述第一光学组件出射的光束大小。

可选的，所述图像采集模块包括成像镜头和成像探测器；所述成像镜头用于提供不同的成像放大倍率；所述成像探测器用于采集所述待测区域的图像。

可选的，所述检测装置还包括设置在所述待测样品与所述图像采集模块之间的第二光学组件；所述第二光学组件用于调节射向所述图像采集模块的光线强度。

可选的，所述检测装置还包括：激光光源，用于照射所述待测区域；光学探测器，用于接收激光光源照射所述待测区域后，反射或透射的光线。

可选的，所述检测装置还包括：设置在所述照明光源出射光路上的合束镜；所述合束镜用于将所述激光光源出射的光线与所述照明光源出射的光线合为同轴光线。

可选的，所述检测装置还包括：设置在所述光学探测器入射光路上的第三光学组件，所述第三光学组件用于对激光光源照射所述待测区域后，反射或透射的光线进行整形；设置在所述激光光源出射光路上的第四光学组件，所述第四光学组件用于对所述激光光源出射的光线进行整形。

可选的，所述检测装置还包括：外场施加模块，用于对所述待测样品施加外场。

本发明能产生的有益效果包括：

本发明提供的光学材料性能检测装置，通过利用在样品台上方设置的图像采集模块来采集光学材料待测样品的待测区域的图像，再根据待测区域的图像获取待测区域处待测样品的粒度信息；然后通过检测待测区域的二阶非线性光学信号，将粒度信息与二阶非线性光学信号综合分析得出待测样品的待测区域的二阶非线性光学性能。相较于现有技术，本发明提供的装置由于可以准确的检测出待测区域的粒度信息，因而结合待测区域的二阶非线性光学信号，可以准确分析出待测样品的待测区域的二阶非线性光学性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的光学材料性能检测装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种光学材料性能检测装置，如图1所示，检测装置包括：样品台1，用于放置待测样品；图像采集模块，设置在样品台1的上方，用于采集待测样品的待测区域的图像；处理模块，用于根据待测区域的图像获取待测区域中待测样品的粒度信息。

其中，在实际应用中，光学材料的待测样品可以直接放置在样品台1上进行测量，也可以将待测样品筛分后压制成片状置于样品容器13内，再将样品容器13放置在样品台1上，再对待测样品进行测量，本发明实施例对待测样品如何放置在样品台1上不做限定。

样品台1可以移动，也可以不移动，本发明实施例对此不做限定。当样品台1能够沿水平面的二维方向移动，样品台1沿水平面的任意一维方向的行程大于10mm，位移重复定位精度优于10μm，位移分辨率优于10μm，通过控制样品台1在二维方向上的移动，以控制样品的测试位置，从而实现任意选择待测样品的测量区域的目的。当样品台不移动时，可以通过移动图像采集模块等其他模块来实现任意选择的待测样品的测量区域的目的。

图像采集模块可以为照相机、摄像机等设备，本发明实施例对此不做限定。

在实际应用中，图像采集模块采集待测区域的图像后，可以利用标尺直接测量以获取粒度信息，也可以利用处理模块自动获取粒度信息，本发明实施例对获取粒度信息的方式不做限定。当利用处理模块自动获取粒度信息时，处理模块(如计算机)包含图像信息处理能力，能够根据待测区域的图像及时自动获取和分析出待测区域中待测样品的粒度信息，使用方便快捷。

粒度信息包括颗粒大小、颗粒形貌、粒度分布、粒度与二阶非线性光学信号之间的关系等信息。其中，颗粒形貌包括颗粒的宏观形状，还包括颗粒的微观形貌，如颗粒的晶界、晶型等。

本发明提供的光学材料性能检测装置，通过利用在样品台上方设置的图像采集模块来采集光学材料待测样品的待测区域的图像，再根据待测区域的图像获取待测区域处待测样品的粒度信息；然后通过检测待测区域的二阶非线性光学信号，将粒度信息与二阶非线性光学信号综合分析得出待测样品的待测区域的二阶非线性光学性能。相较于现有技术，本发明提供的装置由于可以准确的检测出待测区域的粒度信息，因而结合待测区域的二阶非线性光学信号，可以准确分析出待测样品的待测区域的二阶非线性光学性能。

优选的，图像采集模块位于待测区域的正上方。当图像采集模块位于待测区域正上方时，由于获取待测区域图像时，图像采集模块正对待测区域，没有角度的倾斜，更容易获得准确的粒度信息，使得测量更方便。

在实际应用中，检测装置还包括照明光源2，照明光源2用于照射待测样品，以在待测样品上形成光斑，光斑为待测区域。

照明光源2可以为钨丝灯、气体放电灯、半导体发光光源等中的一种，本发明的实施例对此不做限定。

相比于在普通光照下成像模块获取的待测区域的图像，照明光源2可以提供照射待测区域所需的连续光源，光线充足的情况下，成像模块获取的待测区域的图像更清楚，从而使最终得到的粒度信息更准确。

可选的，检测装置还包括设置在照明光源2出射光路上的第一光学组件3，第一光学组件3用于对照明光源2出射的光线进行整形。

在实际应用中，第一光学组件3可以为凹透镜、凸透镜等光束整形透镜，第一光学组件3对照明光源2发出的光线进行汇聚整形，再均匀照射样品，使形成的光斑亮度均匀，从而获得的待测区域的图像效果更好；同时，第一光学组件3能够按照使用需要控制照射在样品上的光斑大小。

可选的，检测装置还包括设置在第一光学组件3出射光路上的光阑4，光阑4用于调节从第一光学组件3出射的光束大小。

由于光阑4可以控制通过它的光束直径，并抑制光束中的杂散光，故光阑4能够调节从第一光学组件3出射的光束大小。由于照明光源2出射的光束通过第一光学组件3后，经过光阑4再照射在待测样品上形成作为待测区域的光斑，故光阑4能够控制待测区域的范围。

光阑4可以是透镜的边缘、框架、可调光阑等，本发明的实施例对此不做限定。

优选的，光阑4为可调光阑，由于可调光阑的通光孔径可变，通过改变通光孔径的大小，就可以控制通过可调光阑的光束直径并抑制光源中的杂散光，操作方便快捷。

在实际应用中，图像采集模块包括成像镜头5和成像探测器6；成像镜头5用于提供不同的成像放大倍率；成像探测器6用于采集待测区域的图像。

在实际应用中，当光源为紫外光、可见光、近红外光等不相同的光源的时候，成像镜头5与成像探测器6根据光学成像的要求进行匹配，实现在不同的光源下采集到清晰准确的待测区域的图像。

可选的，检测装置还包括设置在待测样品与图像采集模块之间的第二光学组件7；第二光学组件7用于调节射向图像采集模块的光线强度。

其中，第二光学组件7可以为光学衰减片、滤光片、光学偏振器件等光学组件，本发明实施例对此不做限定。当第二光学组件7为不同衰减系数的光学衰减片时，能够控制成像光强；当第二光学组件7为窄带滤波片时，能够防止强激光损伤肉眼或敏感光学元件；当第二光学组件7为光学偏振器件时，能够减少进入图像采集模块的光线；最终第二光学组件7能够调节射向图像采集模块的光线强度。

在实际应用中，检测装置还包括：激光光源8，用于照射待测区域；光学探测器9，用于接收激光光源8照射待测区域后，反射或透射的光线。

其中，激光光源8能够发出一定波长的高功率密度的脉冲激光或者高峰值功率的基频脉冲激光，为待测样品提供二阶非线性光学分析所需的激光光源。

当测量装置设置激光光源8时，照明光源2照射的光斑还用于指示激光光源8照射的位置及区域，实际应用中，照明光源2照射的光斑与激光照射的光斑重合，且照明光源2照射的光斑直径略大于激光照射的光斑直径。

光学探测器9为光电倍增管、高量子效率的CCD探测器，以及硅光电池等，本发明实施例对此不做限定。

光学探测器9，用于接收激光光源8照射待测区域后，反射或透射的光线，具体的，光学探测器9接收反射或透射的光线后，分析得到激光照射待测区域后的二阶非线性光学信号的强度。

由于经过光学材料待测样品后的光会发生漫反射，故在实际应用中，当光学探测器9接收激光光源8照射待测区域后反射的光线时，光学探测器9设置在与入射光线沿法线对称的出射光线的光路上，从而能够接收到最佳的光学信号；当光学探测器9接收激光光源8照射待测区域后透射的光线时，光学探测器9设置在与入射光线的光路同一直线的出射光线的光路上，从而能够接收到最佳的光学信号。

可选的，检测装置还包括：设置在照明光源2出射光路上的合束镜10；合束镜10用于将激光光源8出射的光线与照明光源2出射的光线合为同轴光线。

优选的，合束镜10为平面镜，因为平面镜材料易得，可降低检测装置的制作成本。

当检测装置中包括光阑4时，照明光源2与激光光源8合束后再经过光阑4，能够更好的控制合束后的光束大小并抑制光束中的杂散光。

可选的，检测装置还包括：设置在光学探测器9入射光路上的第三光学组件11，第三光学组件11用于对激光光源8照射待测区域后，反射或透射的光线进行整形；设置在激光光源8出射光路上的第四光学组件12，第四光学组件12用于对激光光源8出射的光线进行整形。

其中，第三光学组件11可以为光学衰减片、滤光片、光学偏振器件等光学组件，本发明实施例对此不做限定。当第三光学组件11为光学衰减片时，能够控制光学信号的强度；当第三光学组件11为窄带滤波片时，能够滤除基频激光；当第三光学组件11为光学偏振器件时，能够减少进入光学探测器9的光线；最终第三光学组件11能够对激光光源照射待测区域后反射或透射的光线进行整形。

在实际应用中，第四光学组件12可以为激光整形透镜组，第四光学组件12能够对激光光源8出射的光束进行汇聚整形，使光束直径及发散角变小，能量分布均匀，从而使激光均匀地照射在待测样品上的待测区域。

在实际测量中，当检测装置包括第一光学组件3、第四光学组件12、合束镜10，以及光阑4时，照明光源2经过第一光学组件3后形成光束l₁，激光光源8经过第四光学组件12后形成光束l₂，之后经过合束镜10后，合束镜10将光束l₁和光束l₂合为同轴光束l₃，l₃再经过光阑4后形成光束l₄照射到待测样品上形成待测区域。优选的，如图1所示，光束l₁和光束l₂在同一平面上且互相垂直，合束镜10为平面镜，合束镜10的法线与光束l₁和光束l₂均成45°夹角，合束镜10的第一面对光束l₁透射，合束镜10的第二面对光束l₂全反射后，照明光源2和激光光源8合并为同轴光沿l₃传播。此处的角度设置，比较容易调整，而且易于得到优质的同轴光束。在实际应用中，照明光源2和激光光源8的位置可以互换，即激光光源8产生的光源为光束l₁，照明光源2产生的光源为光束l₂，本发明实施例对此不做限定。

可选的，检测装置还包括：外场施加模块，用于对待测样品施加外场。在实际应用中，根据测量情况的需要，施加的外场为温度场、电场、磁场等，本发明实施例对此不做限定。例如，当需要提供温度场时，可使用半导体制冷结合电阻加热或半导体加热来给待测样品提供-10℃～200℃范围的任意温度的温度场；当需要电场时，可将待测样品置于电极间施加高压电场；当需要磁场时，可使用强永磁体来给待测样品提供磁场。

在实际测量待测样品的过程中，首先将待测样品制备为粉末颗粒，然后将粉末颗粒筛分、压制成片状放置于样品容器13内，再将样品容器13摆放在样品台1上。根据测量需求，给样品台1施加合适的外场。

设置好照明光源2、第一光学组件3、激光光源8、第四光学组件12、合束镜10，以及光阑4的位置，打开照明光源2，调节样品台1的位置和光阑4孔径大小，选定待测样品上合适的待测区域，并形成一个清晰光斑。调节成像镜头5的倍数，使成像探测器6能够观测到待测区域清晰的图像后，采集待测区域的图像。

打开激光光源8和光学探测器9，激光入射到照明光源2形成的光斑上，即入射到同一待测区域，经过待测区域后，光学探测器9接收反射或折射的光线再分析得到二阶非线性光学信号的强度。

将根据待测区域的图像得到的粒度信息与经过待测区域后得到的光信号综合分析，即可得到光学材料的二阶非线性光学性能的情况。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (7)

1.一种光学材料性能检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：

样品台，用于放置待测样品；

图像采集模块，设置在所述样品台的上方，用于采集所述待测样品的待测区域的图像；

处理模块，用于根据所述待测区域的图像获取所述待测区域中待测样品的粒度信息；

所述图像采集模块位于所述待测区域的正上方；

所述粒度信息包括颗粒大小信息、颗粒形貌信息、粒度分布信息、粒度与二阶非线性光学信号之间的关系信息；

所述图像采集模块包括成像镜头和成像探测器；所述成像镜头用于提供不同的成像放大倍率；所述成像探测器用于采集所述待测区域的图像；

所述检测装置还包括，激光光源，用于照射所述待测区域，为待测样品提供二阶非线性光学分析所需的激光光源；光学探测器，用于接收激光光源照射所述待测区域后，反射或透射的光线；具体的，光学探测器接收反射或透射的光线后，分析得到激光照射待测区域后的二阶非线性光学信息的强度；所述光学探测器为光电倍增管或高量子效率的CCD探测器；

当所述光学探测器接收激光光源照射待测区域后反射的光线时，所述光学探测器设置在与入射光线沿法线对称的出射光线的光路上；当所述光学探测器接收激光光源照射待测区域后透射的光线时，所述光学探测器设置在与入射光线的光路同一直线的出射光线的光路上。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括照明光源，所述照明光源用于照射所述待测样品，以在所述待测样品上形成光斑，所述光斑为所述待测区域。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置在所述照明光源出射光路上的第一光学组件，所述第一光学组件用于对所述照明光源出射的光线进行整形。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置在所述第一光学组件出射光路上的光阑，所述光阑用于调节从所述第一光学组件出射的光束大小。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置在所述待测样品与所述图像采集模块之间的第二光学组件；

所述第二光学组件用于调节射向所述图像采集模块的光线强度。

6.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

设置在所述照明光源出射光路上的合束镜；所述合束镜用于将所述激光光源出射的光线与所述照明光源出射的光线合为同轴光线。

7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

设置在所述光学探测器入射光路上的第三光学组件，所述第三光学组件用于对激光光源照射所述待测区域后，反射或透射的光线进行整形；

设置在所述激光光源出射光路上的第四光学组件，所述第四光学组件用于对所述激光光源出射的光线进行整形。

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