CN111896488B - 一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置 - Google Patents

一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，包括：纠缠源发射器、四分之一波片、偏振分束器、靶室、控制线性阻尼器、真空控制器、污染液滴控制器和信息处理器；污染液滴控制器用于向靶室滴入待测污染液滴；靶室的两侧分别设置有透明的入射窗和出射窗；真空控制器用于将靶室抽成真空；控制线性阻尼器用于向靶室输入惰性气体；纠缠源发射器发射的纠缠光子对依次通过四分之一波片和偏振分束器后分成两束光，一束光通过入射窗进入靶室照射到待测污染液滴后通过出射窗射出；信息处理器用于根据出射窗射出的携带有检测信息的光束和经过偏振器的另一束光生成相干光谱图像。本发明使检测信息更丰富，检测过程更稳定，提高了检测的准确性。

Description

一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置
技术领域
本发明涉及污染源检测技术领域，特别是涉及一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置。
背景技术
目前污染物的非常小的界面浓度的检测装置，存在容易丢失信息、性能不稳定、操作不安全的问题，且检测装置要求的环境非常苛刻。
法国人本茄名.拉兰尼(Benjamin Lalanne)在文章Determination ofInterfacial Concentration of a Contaminated Droplet from Shape OscillationDamping中论述了关于污染液滴界面的机理，及数值模拟分析了污染液滴分解为勒让德函数模，但没有提供一种可以实现用用纠缠源和线性系统共振弹性阻尼特性进行检测装置。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，利用纠缠源和线性系统共振弹性阻尼特性进行检测，使检测信息更丰富，检测过程更稳定，从而提高检测的准确性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，包括：
纠缠源发射器、四分之一波片、偏振分束器、靶室、控制线性阻尼器、真空控制器、污染液滴控制器和信息处理器；
所述污染液滴控制器设置在所述靶室上方，用于向所述靶室滴入待测污染液滴；
所述靶室的两侧分别设置有透明的入射窗和出射窗；
所述真空控制器用于将所述靶室抽成真空；
所述控制线性阻尼器用于向所述靶室输入惰性气体；
所述纠缠源发射器发射的纠缠光子对依次通过所述四分之一波片和所述偏振分束器后分成两束光，记为第一束光和第二束光，所述第二束光通过所述入射窗进入所述靶室照射到所述待测污染液滴后通过所述出射窗射出；
所述信息处理器用于根据所述出射窗射出的携带有检测信息的光束和所述第一束光生成相干光谱图像。
可选地，所述纠缠源发射器包括激光器、偏振片、纠缠源生成器和滤波器，所述激光器发出的激光经过所述偏振片进入所述纠缠源生成器，并在所述纠缠源生成器内生成纠缠光子对，生成的所述纠缠光子对经过所述滤波器后射出。
可选地，所述纠缠源生成器包括光学谐振腔和非线性介质；进入所述纠缠源生成器的激光入射到所述非线性介质内产生纠缠光子对，所述纠缠光子对经过所述光学谐振腔放大后射出。
可选地，所述光学谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜、第一半反半透镜和第二半反半透镜，所述第二反射镜位于所述第二半反半透镜的透射光路上，所述第一半反半透镜位于所述第二半反半透镜的反射光路上，所述第一反射镜位于所述第二反射镜的反射光路和所述第一半反半透镜的透射光路的交叉点上。
可选地，所述非线性介质位于所述第二半反半透镜到所述第二反射镜的透射光路上。
可选地，所述装置还包括第一接收器和所述第二接收器；所述第一接收器用于接收所述第一束光，并将所述第一束光转换成第一电信号发送到所述信息处理器；所述第二接收器用于接收所述出射窗射出的携带有检测信息的光束，并将所述携带有检测信息的光束换成第二电信号发送到所述信息处理器。
可选地，所述污染液体控制器包括芯片和毛细管，所述毛细管插入所述靶室，所述芯片控制将所述毛细管中的污染液滴入所述靶室。
可选地，所述真空控制器包括机械泵、分子泵和离子泵中的任意一种。
可选地，所述非线性介质包括BBO晶体、KDP晶体、LBO晶体、单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石和石英中的任意一种或几种。
可选地，所述惰性气体为氩气。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过纠缠源使对污染液滴的检测信息更丰富，减少检测信息的丢失，通过真空控制器将靶室抽成真空，控制线性阻尼器向靶室输入惰性气体建成线性阻尼系统环境，通过线性阻尼系统共振弹性阻尼特性使污染液滴在检测过程中避免出现奇点，保证检测过程中拓扑空间是连通的，参数稳定不变，从而提高检测的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置示意图；
图2为本发明纠缠源发射器结构示意图；
图3为本发明纠缠源生成器结构示意图。
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。
本发明的目的是提供一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，利用纠缠源和线性系统共振弹性阻尼特性进行检测，使检测信息更丰富，检测过程更稳定，从而提高检测的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置示意图，如图1所示，一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，所述装置包括：
纠缠源发射器1、四分之一波片2、偏振分束器3、靶室7、控制线性阻尼器5、真空控制器6、污染液滴控制器8、信息处理器11、第一接收器12和第二接收器10。
所述污染液滴控制器8设置在所述靶室7上方，用于向所述靶室7滴入待测污染液滴。
所述靶室7的两侧分别设置有透明的入射窗4和出射窗9。靶室7是由不锈钢金属材料制成，为圆柱形，入射窗4和出射窗9在圆柱的侧面对应设置。
所述真空控制器6用于将所述靶室7抽成真空。
所述控制线性阻尼器5用于向所述靶室7输入惰性气体。
所述纠缠源发射器1发射的纠缠光子对依次通过所述四分之一波片2和所述偏振分束器3后分成两束光，记为第一束光和第二束光，所述第二束光通过所述入射窗4进入所述靶室7照射到所述待测污染液滴后通过所述出射窗9射出。
其中，四分之一波片2包括单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石、石英等材料，四分之一波的形状为方形、圆形、梯形或多边形的长条、拓扑形等。
偏振分束器3包括单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石或石英等材料，偏振分束器3的形状可为方形、圆形、梯形、多边形的长条或拓扑形，偏振分束器3还可以为光栅、棱镜、波导或光纤等。
入射窗4和出射窗9均为玻璃、石英或透明聚合物，入射窗4和出射窗9的形状均为圆形、方形、梯形或多边形。
真空控制器6包括机械泵、分子泵或离子泵。
污染液滴控制器8包括芯片和毛细管，芯片中电路控制毛细管中污染液滴入靶室7，污染液滴控制器8设置在靶室7的上表面。
所述第一接收器12用于接收所述第一束光，并将所述第一束光转换成第一电信号发送到所述信息处理器11；所述第二接收器10用于接收所述出射窗9射出的携带有检测信息的光束，并将所述携带有检测信息的光束换成第二电信号发送到所述信息处理器11。
所述信息处理器11用于根据第一电信号和所述第二电信号生成相干光谱图像。
第一接收器12和第二接收器10均为CCD二极管列阵探测器、光电二极管、光电倍增管、多通道板、示波器或者计算机。
信息处理器11为光电转换处理器、运算调制器、串行与并行转换调制器、量化操作调制器、模式转换器或计算机。
如图2所示，所述纠缠源发射器1包括激光器101、偏振片102、纠缠源生成器103和滤波器104，所述激光器101发出的激光经过所述偏振片102进入所述纠缠源生成器103，并在所述纠缠源生成器103内生成纠缠光子对，生成的所述纠缠光子对经过所述滤波器104后射出。
激光器101为宽带半导体固体激光、光纤激光、气体激光、准分子激光、染料液体激光或激光二极管等。
偏振片102为单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石和石英等材料构成，偏振片102的形状包括方形、圆形、梯形或多边形长条、或拓扑形等。
滤波器104包括镀可选择透射波长介质膜、金属膜玻璃，镀可选择透射波长介质膜、金属膜金属，镀可选择透射波长介质膜、金属膜聚合物等。
控制线性阻尼器5是由芯片电路程序控制和一定浓度比例的惰性气体构成，芯片控制惰性气体输入靶室7。
所述纠缠源生成器103包括光学谐振腔和非线性介质10304；进入所述纠缠源生成器103的激光入射到所述非线性介质10304内产生纠缠光子对，所述纠缠光子对经过所述光学谐振腔放大后射出。
如图3所示，所述光学谐振腔包括第一反射镜10301、第二反射镜10303、第一半反半透镜10302和第二半反半透镜10305，所述第二反射镜10303位于所述第二半反半透镜10305的透射光路上，所述第一半反半透镜10302位于所述第二半反半透镜10305的反射光路上，所述第一反射镜10301位于所述第二反射镜10303的反射光路和所述第一半反半透镜10302的透射光路的交叉点上。所述非线性介质10304位于所述第二半反半透镜10305到所述第二反射镜10303的透射光路上。
第一反射镜10301和第二反射镜10303均为镀介质膜、金属膜玻璃反射镜，镀介质膜、金属膜晶体反射镜，镀介质膜、金属膜聚合物反射镜、镀介质膜、金属膜金属反射镜等，第一反射镜10301和第二反射镜10303的横截面形状均为圆形、方形、梯形或多边形。
第一半反半透射镜10302和第二半反半透射镜10305均为镀介质膜、金属膜玻璃半反半透射镜，镀介质膜、金属膜晶体半反半透射镜，镀介质膜、金属膜聚合物半反半透射镜，镀介质膜、金属膜金属半反半透射镜等，第一半反半透射镜10302和第二半反半透射镜10305的横截面形状均为圆形、方形、梯形或多边形。
非线性介质10304包括非线性BBO晶体、KDP晶体、LBO晶体、单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石、石英等材料中的任意一种或几种。
本发明纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置的工作过程是：
激光器101射出激光入射到偏振片102上，在纠缠源生成器103中经第二半反半透射镜10305入射到非线性介质10304内，非线性介质10304产生纠缠光子对O光和E光，光子对在第二反射镜10303、第一反射镜10301、第一半反半透射镜10302和第二半反半透射镜10305构成的谐振腔内往返放大后由第一半反半透射镜10302射出，滤波器104过滤掉杂散光，让实验中有用波长光通过，出射光经四分之一波片2进行偏振整形处理，处理后的探测光经偏振分束器3分成两束光，一束光直接经入射窗4进入靶室7，靶室7内部先由真空控制器6抽真空，真空度达到10-6乇，再由控制线性阻尼器5程序控制输入惰性气体为一个大气压，建成线性阻尼系统环境，污染液滴控制器8由程序控制经毛细管输入待测污染液滴样品，从入射窗进入靶室7的激光与污染液滴样品相遇，光子与样品中原子分子相互作用，携带丰富信息经出射窗9到达第二接收器10上，第一接收器12直接接收经偏振分束器3分出的另一束光，第二接收器10的光子与第一接收器12接收的另束光的光子同时输入信息处理器11，信息处理器11把相关信息进行串行计算，或并行计算处理，或生成光谱的图形。
本实施例中，入射光中心波长532nm，强度1.5nJ，惰性气体选择氩气，样品选择污染的水质。
本发明根据流体动力学特征提供一种测量污染物的非常小的界面浓度，不可逆地吸附在气泡或液滴的界面上，利用纠缠源和线性系统共振弹性阻尼特性进行检测，从而实现纠缠源与线性阻尼及流体动力学特征非直接接触可以检测附着在气泡和液滴界面上污染物的实用装置，纠缠源能使检测信息更丰富，丢失信息极少，线性系统共振弹性阻尼控制污染液滴或喷溅气泡的勒让德函数分解更稳定，在检测过程中不会出现奇点，保证检测过程中拓扑空间是连通的，参数稳定不变；该装置具有非接触操作污染液滴样品或微观粒子的功能，性能稳定，安全，能在条件苛刻的环境中进行检测。另外，本发明一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，具有结构紧凑，制作自由度大，环境要求宽，性能稳定，重复频率高，容易操作的特点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述装置包括：
纠缠源发射器、四分之一波片、偏振分束器、靶室、控制线性阻尼器、真空控制器、污染液滴控制器和信息处理器；
所述污染液滴控制器设置在所述靶室上方，用于向所述靶室滴入待测污染液滴；
所述靶室的两侧分别设置有透明的入射窗和出射窗；
所述真空控制器用于将所述靶室抽成真空；
所述控制线性阻尼器用于向所述靶室输入惰性气体；
所述纠缠源发射器发射的纠缠光子对依次通过所述四分之一波片和所述偏振分束器后分成两束光，记为第一束光和第二束光，所述第二束光通过所述入射窗进入所述靶室照射到所述待测污染液滴后通过所述出射窗射出；
所述信息处理器用于根据所述出射窗射出的携带有检测信息的光束和所述第一束光生成相干光谱图像。
2.根据权利要求1所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述纠缠源发射器包括激光器、偏振片、纠缠源生成器和滤波器，所述激光器发出的激光经过所述偏振片进入所述纠缠源生成器，并在所述纠缠源生成器内生成纠缠光子对，生成的所述纠缠光子对经过所述滤波器后射出。
3.根据权利要求2所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述纠缠源生成器包括光学谐振腔和非线性介质；进入所述纠缠源生成器的激光入射到所述非线性介质内产生纠缠光子对，所述纠缠光子对经过所述光学谐振腔放大后射出。
4.根据权利要求3所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述光学谐振腔包括第一反射镜、第二反射镜、第一半反半透镜和第二半反半透镜，所述第二反射镜位于所述第二半反半透镜的透射光路上，所述第一半反半透镜位于所述第二半反半透镜的反射光路上，所述第一反射镜位于所述第二反射镜的反射光路和所述第一半反半透镜的透射光路的交叉点上。
5.根据权利要求4所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述非线性介质位于所述第二半反半透镜到所述第二反射镜的透射光路上。
6.根据权利要求1所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述装置还包括第一接收器和第二接收器；所述第一接收器用于接收所述第一束光，并将所述第一束光转换成第一电信号发送到所述信息处理器；所述第二接收器用于接收所述出射窗射出的携带有检测信息的光束，并将所述携带有检测信息的光束换成第二电信号发送到所述信息处理器。
7.根据权利要求1所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述污染液体控制器包括芯片和毛细管，所述毛细管插入所述靶室，所述芯片控制将所述毛细管中的污染液滴入所述靶室。
8.根据权利要求1所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述真空控制器包括机械泵、分子泵和离子泵中的任意一种。
9.根据权利要求3所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述非线性介质包括单轴晶体、双轴晶体、镀金属膜玻璃、聚合物、液晶、云母、方解石和石英中的任意一种或几种。
10.根据权利要求1所述的纠缠源与线性阻尼检测污染液滴装置，其特征在于，所述惰性气体为氩气。
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