CN112179626B - 一种光学晶体吸收损耗的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种光学晶体吸收损耗的测量方法及装置。所述方法包括：根据待测晶体和吸收损耗已知的标准晶体构建测量系统，其中，待测晶体与标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光分别照射在待测晶体的目标测点以及标准晶体的对称测点上；利用构建好的测量系统进行测量时，在预设范围内调节两束脉冲激光的相位差，利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度，再结合标准晶体的吸收损耗、脉冲激光的光强和标准晶体的尺寸，确定待测晶体的吸收损耗。整个过程中，拾音器无需设置在待测晶体表面，位置较为灵活，使得最终的测量结果不受待测晶体的形状和拾音器摆放位置的影响，准确度较高。

Description

一种光学晶体吸收损耗的测量方法及装置

技术领域

本申请涉及光电技术领域，特别涉及一种光学晶体吸收损耗的测量方法及装置。

背景技术

随着激光技术的迅速发展，光学晶体的应用也越来越广泛，光学晶体在激光通信和非线性光学等各个领域都发挥着重要作用。由于光学晶体中的光学材料对传输的光能具有一定的吸收作用，会导致光能以转换成热能的形式被消耗，造成光能传输功率的严重浪费，降低了传输效率，同时会对光学晶体的性能产生极大的影响，因此吸收损耗是衡量光学晶体性能的重要参数，需要对吸收损耗进行准确地测量。

目前常用的吸收损耗的测量方法有光声法，主要是向光学晶体发射脉冲激光，根据光学晶体的形状、脉冲激光的照射方向以及照射位置确定拾音器在光学晶体表面的摆放位置，并利用该拾音器测量光学晶体吸收脉冲激光后激发的声波场的声波强度，通过对声波强度进行分析计算得到光学晶体在该照射位置处的吸收损耗。在光学晶体形状固定并且拾音器的摆放位置非常精确的情况下，此种方法得到的吸收损耗结果才具备一定准确度。

上述光声法测量方法中，需要将拾音器放置在光学晶体表面上，因此其测量结果易受光学晶体的形状和拾音器摆放位置的影响，无法确保准确度。

发明内容

本申请提供了一种光学晶体吸收损耗的测量方法及装置，可用于解决现有测量方法的测量结果易受光学晶体的形状和拾音器摆放位置的影响，无法确保准确度的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种光学晶体吸收损耗的测量方法，所述测量方法包括：

获取待测晶体；

根据所述待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体；所述标准晶体的形状和尺寸均与所述待测晶体相同；

根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统；在所述测量系统中，所述待测晶体与所述标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于所述基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上，所述目标测点为所述待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，所述对称测点与所述目标测点关于所述基准线轴对称，所述初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强；

保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位；

利用所述拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度；所述相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值；

根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、所述脉冲激光的光强以及所述标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数；

根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数。

在第一方面的一种可实现方式中，所述根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统，包括：

将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

获取初始参数相同且照射方向关于所述基准线轴对称的两束脉冲激光；

将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上；

将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离；其中，所述拾音器与所述脉冲激光的发射装置位于所述待测晶体与所述标准晶体连线的两侧。

在第一方面的一种可实现方式中，所述根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统，包括：

将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

获取初始参数相同、照射方向均垂直于所述基准线且对称的两束脉冲激光；

将其中一束脉冲激光垂直照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光垂直照射在标准晶体的对称测点上；

将全反射镜设置在所述基准线上，且令所述全反射镜位于所述待测晶体与所述标准晶体之间；其中，所述全反射镜的镜面方向与所述基准线平行；

将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离。

在第一方面的一种可实现方式中，所述测量方法还包括：

通过以下公式表示所述拾音器所获取的不同相位差下的声波干涉强度：

其中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为所述不同相位差下的声波干涉强度，S为影响因子，I为所述脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为所述厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数，(Φ₁-Φ₂)为所述相位差。

在第一方面的一种可实现方式中，所述根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数，包括：

根据所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数平均值；

根据所述吸收系数平均值，以及所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数方差；

根据所述吸收系数平均值和所述吸收系数方差，确定所述待测晶体的整体吸收系数。

在第一方面的一种可实现方式中，所述测量方法还包括：

利用所述拾音器获取声波干涉相位；所述声波干涉相位是待测晶体声波源与标准晶体声波源之间的干涉场的相位，所述待测晶体声波源是由照射在所述目标测点的脉冲激光激发的，所述标准晶体声波源是由照射在所述对称测点的脉冲激光激发的。

在第一方面的一种可实现方式中，所述两束脉冲激光由两个脉冲激光的发射装置发出，所述两束脉冲激光的光束口径、发散角、波长、光强和初始脉冲相位完全一致。

在第一方面的一种可实现方式中，所述测量系统还包括位移平台；

所述位移平台用于承载所述待测晶体和所述标准晶体，并将所述待测晶体和所述标准晶体移动至预设的测量位置。

第二方面，本申请实施例提供一种光学晶体吸收损耗的测量装置，所述测量装置包括：

待测晶体获取模块，用于获取待测晶体；

标准晶体获取模块，用于根据所述待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体；所述标准晶体的形状和尺寸均与所述待测晶体相同；

测量系统构建模块，用于根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统；在所述测量系统中，所述待测晶体与所述标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于所述基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上，所述目标测点为所述待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，所述对称测点与所述目标测点关于所述基准线轴对称，所述初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强；

脉冲相位调节模块，用于保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位；

声波干涉强度获取模块，用于利用所述拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度；所述相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值；

第一处理模块，用于根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、所述脉冲激光的光强以及所述标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数；

第二处理模块，用于根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数。

在第二方面的一种可实现方式中，所述测量系统构建模块包括：

第一晶体设置单元，用于将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

第一脉冲激光获取单元，用于获取初始参数相同且照射方向关于所述基准线轴对称的两束脉冲激光；

第一脉冲激光调节单元，用于将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上；

第一拾音器设置单元，用于将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离；其中，所述拾音器与所述脉冲激光的发射装置位于所述待测晶体与所述标准晶体连线的两侧。

在第二方面的一种可实现方式中，所述测量系统构建模块包括：

第二晶体设置单元，用于将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

第二脉冲激光获取单元，用于获取初始参数相同、照射方向均垂直于所述基准线且对称的两束脉冲激光；

第二脉冲激光调节单元，用于将其中一束脉冲激光垂直照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光垂直照射在标准晶体的对称测点上；

全反射镜设置单元，用于将全反射镜设置在所述基准线上，且令所述全反射镜位于所述待测晶体与所述标准晶体之间；其中，所述全反射镜的镜面方向与所述基准线平行；

第二拾音器设置单元，用于将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离。

在第二方面的一种可实现方式中，所述声波干涉强度获取模块还用于通过以下公式表示所述拾音器所获取的不同相位差下的声波干涉强度：

其中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为所述不同相位差下的声波干涉强度，S为影响因子，I为所述脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为所述厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数，(Φ₁-Φ₂)为所述相位差。

在第二方面的一种可实现方式中，所述第二处理模块包括：

平均值确定单元，用于根据所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数平均值；

方差确定单元，用于根据所述吸收系数平均值，以及所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数方差；

处理单元，用于根据所述吸收系数平均值和所述吸收系数方差，确定所述待测晶体的整体吸收系数。

在第二方面的一种可实现方式中，所述测量装置还包括：

声波干涉相位获取模块，用于利用所述拾音器获取声波干涉相位；所述声波干涉相位是待测晶体声波源与标准晶体声波源之间的干涉场的相位，所述待测晶体声波源是由照射在所述目标测点的脉冲激光激发的，所述标准晶体声波源是由照射在所述对称测点的脉冲激光激发的。

如此，本申请实施例构建的测量系统中，待测晶体与吸收损耗已知的标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光分别照射在待测晶体的目标测点以及标准晶体的对称测点上；利用构建好的测量系统进行测量时，在预设范围内调节两束脉冲激光的相位差，并利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度，再结合标准晶体的吸收损耗、脉冲激光的光强和标准晶体的尺寸，确定待测晶体的吸收损耗。整个过程中，拾音器无需设置在待测晶体表面，且位置较为灵活，使得最终的测量结果不受待测晶体的形状和拾音器摆放位置的影响；采用标准晶体作对比，利用拾音器测量不同相位差下待测晶体与标准晶体激发的差分声波信号，进而确定待测晶体的吸收损耗，测量结果准确度较高，测量较为方便，具有较高的实用性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光学晶体吸收损耗的测量方法所对应的流程示意图；

图2a为本申请实施例提供的测量系统示例之一的结构示意图；

图2b为本申请实施例提供的测量系统示例之二的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的测量系统示例之三的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相同时激发的声波场示意图；

图5为本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相差π且两块晶体的吸收系数相同时激发的声波场示意图；

图6为本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相差π且两块晶体的吸收系数不同时激发的声波场示意图；

图7为本申请实施例提供的两块晶体的吸收系数相同时拾音器测得的不同相位差下的声波干涉强度示意图；

图8为本申请实施例提供的两块晶体的吸收系数不同时拾音器测得的不同相位差下的声波干涉强度示意图；

图9为本申请实施例提供的一种光学晶体吸收损耗的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供一种光学晶体吸收损耗的测量方法，具体用于解决现有测量方法的测量结果易受光学晶体的形状和拾音器摆放位置的影响，无法确保准确度的问题。如图1所示，为本申请实施例提供的一种光学晶体吸收损耗的测量方法所对应的流程示意图。具体包括如下步骤：

步骤101，获取待测晶体。

步骤102，根据待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体。

步骤103，根据待测晶体和标准晶体，构建测量系统。

步骤104，保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位。

步骤105，利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度。

步骤106，根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、脉冲激光的光强以及标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数。

步骤107，根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数。

具体来说，步骤101和步骤102中，标准晶体的形状和尺寸均与待测晶体相同。

待测晶体确定以后，标准晶体的形状和尺寸也就对应确定。比如，待测晶体为长5cm、厚3cm、高10cm的长方体，则标准晶体也为长5cm、厚3cm、高10cm的长方体，需要说明的是，标准晶体上每一点的吸收损耗均是已知的，通常用吸收系数来表示吸收损耗，也就是标准晶体上每一点的吸收系数均是已知的，具体数值不作限定。

步骤103中，本申请实施例提供的测量系统中，待测晶体与标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上。目标测点为待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，对称测点与目标测点关于基准线轴对称，初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强。

具体地，在测量开始之前，按照预设标准在待测晶体上预设多个测点，针对多个测点中任意一个目标测点，在标准晶体上确定对应的对称测点。

两束脉冲激光由两个脉冲激光发射装置发出，两束脉冲激光的光束口径、发散角、波长、光强和初始脉冲相位完全一致。

这两束脉冲激光具有在声波(或超声波)波段的脉冲重复频率，而且相对时间可调，可以形成同步或异步脉冲序列。待测晶体和标准晶体吸收脉冲激光的能量后会激发声波(或超声波)，由于待测晶体和标准晶体位置关于基准线轴对称，因此会形成两个关于基准线对称的声波(或超声波)源。拾音器位于基准线的预设位置上，收集两个声波(或超声波)源激发的声波场在拾音器处的干涉强度和相位。拾音器可以选用麦克风或者石英音叉等，具体不作限定。

测量系统的具体构建方式有多种。一个示例中，可以通过以下方式构建测量系统：

将待测晶体和标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧。

获取初始参数相同且照射方向关于基准线轴对称的两束脉冲激光。

将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上。

将拾音器设置在基准线上，且令拾音器与基准点相隔预设距离。其中，拾音器与脉冲激光的发射装置位于待测晶体与标准晶体连线的两侧。

图2a示例性示出了本申请实施例提供的测量系统示例之一的结构示意图。具体地，两束脉冲激光的照射方向关于基准线轴对称，可以互相平行，也可以具有一定的夹角，具体不作限定。拾音器与脉冲激光的发射装置位于待测晶体与标准晶体连线的两侧，拾音器与基准点相隔的预设距离不作限定。需要说明的是，拾音器与脉冲激光的发射装置不能位于待测晶体与标准晶体连线的同一侧。

另一个示例中，可以通过以下方式构建测量系统：

将待测晶体和标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧。

获取初始参数相同、照射方向均垂直于基准线且对称的两束脉冲激光。

将其中一束脉冲激光垂直照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光垂直照射在标准晶体的对称测点上。

将全反射镜设置在基准线上，且令全反射镜位于待测晶体与标准晶体之间；其中，全反射镜的镜面方向与基准线平行。

将拾音器设置在基准线上，且令拾音器与基准点相隔预设距离。

图2b示例性示出了本申请实施例提供的测量系统示例之二的结构示意图。具体地，采用一块全反射镜设置在待测晶体与标准晶体之间，通常经过基准点，镜面方向与基准线平行，具体的设置位置不作限定，只要能覆盖整个待测晶体或者标准晶体的尺寸即可。两束脉冲激光分别从两相对方向入射，且入射方向均垂直于基准线，其中一束脉冲激光经待测晶体和全反射镜反射后再次经过待测晶体，另一束脉冲激光经标准晶体和全反射镜反射后再次经过标准晶体。这种方式下脉冲激光两次经过光学晶体，可提高光学晶体吸收的激光能量。拾音器设置在基准线上，且与基准点相隔预设距离，具体的预设距离不作限定。需要说明的是，拾音器可以设置在待测晶体与标准晶体连线的一侧，也可以设置在待测晶体与标准晶体连线的另一侧，具体不作限定。

采用上述测量系统进行测量，拾音器无需设置在待测晶体表面，且位置较为灵活，使得最终的测量结果可以不受待测晶体的形状和拾音器摆放位置的影响，准确性较高。

在其他可能的示例中，本领域技术人员可以根据经验和实际情况具体构建测量系统，任何不脱离本申请实施例提供的结构的测量系统，都应纳入本专利的保护范围。

本申请实施例提供的测量系统还包括位移平台。

位移平台用于承载待测晶体和标准晶体，并将待测晶体和标准晶体移动至预设的测量位置。

具体地，在完成待测晶体上目标测点的吸收系数测量之后，可以将待测晶体和标准晶体设置在预设的位移平台上，通过控制位移平台来将待测晶体和标准晶体移动至预设的测量位置，进而测得不同测点处的吸收系数，确定整块待测晶体的吸收系数。图3示例性示出了本申请实施例提供的测量系统示例之三的结构示意图。

测量时，为了避免其他声源的影响，还可以在构建的测量系统之外安装隔音装置，隔绝外部噪音。同时拾音器采集的信号可与脉冲激光信号形成锁相放大探测形式，只探测激光脉冲激发的特定频率声音。

步骤104中，可以通过调节脉冲激光的脉冲时间来实现对脉冲激光的脉冲相位的调节。比如，两个脉冲激光的脉冲时间相差半个周期，脉冲相位即相差π。

可以将预设范围设置为大0～2π，比如保持脉冲激光1的脉冲相位不变，调节脉冲激光2的脉冲相位，从与脉冲激光1的脉冲相位相同开始，逐渐调大脉冲激光2的脉冲相位，直至比脉冲激光1的脉冲相位大2π。可以保持照射待测晶体的脉冲激光的脉冲相位不变，也可以保持照射标准晶体的脉冲激光的脉冲相位不变，具体不作限定。

步骤105中，相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值。每个相位差都会对应产生一个声波干涉强度，利用拾音器获取这些不同相位差下的声波干涉强度，进而进行后续吸收系数的分析计算。

具体地，可以通过公式(1)表示拾音器所获取的不同相位差下的声波干涉强度：

公式(1)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为不同相位差下的声波干涉强度，S为影响因子，I为脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数，(Φ₁-Φ₂)为相位差。

本申请实施例提供的测量方法还包括：利用拾音器获取声波干涉相位。其中，声波干涉相位是待测晶体声波源与标准晶体声波源之间的干涉场的相位，待测晶体声波源是由照射在目标测点的脉冲激光激发的，标准晶体声波源是由照射在对称测点的脉冲激光激发的。

具体地，待测晶体和标准晶体吸收脉冲激光的能量后会激发声波(或超声波)，由于待测晶体和标准晶体位置关于基准线轴对称，因此会形成两个关于基准线对称的声波(或超声波)源，即待测晶体声波源和标准晶体声波源。

当标准晶体的吸收系数α₁大于待测晶体的吸收系数α₂时，拾音器测得的相位与标准晶体声波源的相位一致；当标准晶体的吸收系数α₁小于待测晶体的吸收系数α₂时，拾音器测得的相位与待测晶体声波源的相位一致。因此根据声波干涉相位、待测晶体声波源的相位和标准晶体声波源的相位，可以判断出标准晶体的吸收系数与待测晶体的吸收系数之间的大小。

步骤106中，根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、所述脉冲激光的光强以及所述标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数。

根据公式(1)可以看出，公式(1)中S和α₂为未知量，其余均是已知量。其中S是影响因子，表示由于光声转换效率、晶体形状、晶体中声波与空气中声波的生阻尼、拾音器与音源距离、拾音器放大测量电路等参数造成的影响。

根据公式(1)确定待测晶体在目标测点的吸收系数的方法有多种，一个示例中，在预设范围内，比如0～2π，改变相位差(Φ₁-Φ₂)，得到一组声波干涉强度结果，根据公式(1)进行拟合，最终确定待测晶体在目标测点的吸收系数α₂。

采用上述方法确定待测晶体在目标测点的吸收系数，可以减小测量误差，使得测量结果更加准确。

在其他可能的示例中，本领域技术人员可以根据实际需要确定待测晶体在目标测点的吸收系数，比如可以通过测量任意两个相位差对应的声波干涉强度求解出公式(1)中的两个未知数，进而获得待测晶体在目标测点的吸收系数，具体不作限定。

本申请实施例提供的根据不同相位差下的声波干涉强度来确定待测晶体在目标测点的吸收系数的方法，主要是基于以下思路进行确定的：

两束脉冲激光在晶体中会激发与脉冲重复频率相等的声波(或超声波)源，声波(或超声波)源的强度与激光吸收功率相关，相位与脉冲激光的相对时间相关。例如，在两束脉冲激光同步的情况下，声波(或超声波)源的相位相等；在两束脉冲激光异步(脉冲时间相差半个周期)情况下，声波(或超声波)源的相位相反(Φ＝180°)。现将脉冲激光1和脉冲激光2的强度和相位通过公式(2)表示：

公式(2)中，I₁为脉冲激光1的光强，ω为脉冲角频率，t为时间，Φ₁为脉冲激光1的的相位，I₂为脉冲激光2的光强，Φ₂为脉冲激光2的的相位，i为虚数单位。

脉冲激光1和脉冲激光2激发的两个声波源的振幅和相位通过公式(3)表示：

公式(3)中，E(I₁,Φ₁)为脉冲激光1激发的声波源的振幅和相位，S₁为脉冲激光1激发的声波源的影响因子，A₁为脉冲激光1的光强的平方根，α₁为脉冲激光1照射晶体的吸收系数，L₁为脉冲激光1照射晶体的厚度，ω为脉冲角频率，t为时间，Φ₁为脉冲激光1的相位，E(I₂,Φ₂)为脉冲激光2激发的声波源的振幅和相位，S₂为脉冲激光2激发的声波源的影响因子，A₂为脉冲激光2的光强的平方根，α₂为脉冲激光2照射晶体的吸收系数，L₂为脉冲激光2照射晶体的厚度，Φ₂为脉冲激光2的相位，i为虚数单位。

这两个声波源在基准线上的声波干涉强度通过公式(4)表示：

公式(4)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为两个声波源在基准线上的声波干涉强度，S₁为脉冲激光1激发的声波源的影响因子，S₂为脉冲激光2激发的声波源的影响因子，A₁为脉冲激光1的光强的平方根，A₂为脉冲激光2的光强的平方根，α₁为脉冲激光1照射晶体的吸收系数，α₂为脉冲激光2照射晶体的吸收系数，L₁为脉冲激光1照射晶体的厚度，L₂为脉冲激光2照射晶体的厚度，Φ₁为脉冲激光1的相位，Φ₂为脉冲激光2的相位，ω为脉冲角频率，t为时间，i为虚数单位。

如果只考虑慢变振幅项，则公式(4)可以通过如下推导过程转换成为公式(5)：

公式(5)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为两个声波源在基准线上的声波干涉强度，S₁为脉冲激光1激发的声波源的影响因子，S₂为脉冲激光2激发的声波源的影响因子，I₁为脉冲激光1的光强，I₂为脉冲激光2的光强，A₁为脉冲激光1的光强的平方根，A₂为脉冲激光2的光强的平方根，α₁为脉冲激光1照射晶体的吸收系数，α₂为脉冲激光2照射晶体的吸收系数，L₁为脉冲激光1照射晶体的厚度，L₂为脉冲激光2照射晶体的厚度，Φ₁为脉冲激光1的相位，Φ₂为脉冲激光2的相位。

当选择的标准晶体与待测晶体的厚度L相等、形状相近似，并且两束脉冲激光的光强I相等时，公式(5)就可以简化为公式(1)。

当Φ₁＝Φ₂时，公式(1)可以转换为公式(6)：

公式(6)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为两个声波源在基准线上的声波干涉强度，S为影响因子，I为脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数。

当Φ₁-Φ₂＝π时，公式(1)可以转换为公式(7)：

公式(7)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为两个声波源在基准线上的声波干涉强度，S为影响因子，I为脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数。

由于标准晶体的吸收系数α₁、脉冲激光的光强I和晶体厚度L均已知，因此公式(1)中仅有S和α₂两个未知数，通过测量上述两个公式(6)和公式(7)对应的相位差的声波干涉强度，就可以解出这两个未知数，从而获得待测晶体的吸收系数。

考虑到公式(1)的方程具有平方项，求解时会出现多个解，因此可以将公式(1)中等号左右进行开方。由于当标准晶体的吸收系数α₁大于待测晶体的吸收系数α₂时，拾音器测得的相位与标准晶体声波源的相位一致；当标准晶体的吸收系数α₁小于待测晶体的吸收系数α₂时，拾音器测得的相位与待测晶体声波源的相位一致，与标准晶体声波源的相位相差π。据此，可以确定开方后值的正负号，使得方程的解唯一。比如，调节Φ₁-Φ₂＝π，即为标准晶体处的脉冲激光比待测晶体处的脉冲激光快π个相位，根据公式(7)开方得到公式(8)。如果α₁大于α₂，则公式(8)等式右侧的

为正值；如果α₁小于α₂，则公式(8)等式右侧的

为负值。再比如，调节Φ₁-Φ₂＝0，即为标准晶体处的脉冲激光与待测晶体处的脉冲激光相位相同，根据公式(6)开方得到公式(9)，开方后公式(9)等式右侧的正负也根据α₁与α₂之间的大小不同而不同。

公式(8)和公式(9)中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|为两个声波源在基准线上的声波干涉强度的平方根，S为影响因子，A为脉冲激光的光强的平方根，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数。

也就是说探测得到不同的声波干涉相位结果，可以知道两个吸收系数之间的大小，但是平方后的光强是一样的。所以可以先判断两者大小，然后通过光强与相位差的拟合曲线再判断具体值。

正是基于以上原理，确定了本申请实施例提供的根据不同相位差下的声波干涉强度来确定待测晶体在目标测点的吸收系数的方法。

本申请实施例提供的差分式吸收损耗测量方法，利用标准晶体做差分，大大了提高了测量的分辨率；由于待测晶体和标准晶体激发的声波都在同一环境中传播，所以衰减值也一样，采用此种差分测量方法，也不需要考虑声波在空气中的衰减过程，测量精度更高，抗干扰能力也更强。

步骤107中，一般用吸收系数来反映光学晶体的吸收损耗，因此测量出吸收系数，即完成吸收损耗的测量。

根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数的方法有多种。一个示例中，可以通过以下方式确定待测晶体的整体吸收系数：

根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的吸收系数平均值。

根据吸收系数平均值，以及待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的吸收系数方差。

根据吸收系数平均值和吸收系数方差，确定待测晶体的整体吸收系数。

需要说明的是，此种示例是利用吸收系数平均值和吸收系数方差来表示待测晶体的整体吸收系数。

在其他可能的示例中，本领域技术人员可以根据需要和实际情况确定待测晶体的整体吸收系数，比如，利用每个测点的吸收系数来表示待测晶体的整体吸收系数，具体不作限定。

如此，本申请实施例构建的测量系统中，待测晶体与吸收损耗已知的标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光分别照射在待测晶体的目标测点以及标准晶体的对称测点上；利用构建好的测量系统进行测量时，在预设范围内调节两束脉冲激光的相位差，并利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度，再结合标准晶体的吸收损耗、脉冲激光的光强和标准晶体的尺寸，确定待测晶体的吸收损耗。整个过程中，拾音器无需设置在待测晶体表面，且位置较为灵活，使得最终的测量结果不受待测晶体的形状和拾音器摆放位置的影响；采用标准晶体作对比，利用拾音器测量不同相位差下待测晶体与标准晶体激发的差分声波信号，进而确定待测晶体的吸收损耗，测量结果准确度较高，测量较为方便，具有较高的实用性。

为了更加清楚地说明步骤101至步骤107，下面通过具体示例进行说明。

获取厚度为1mm、在1064nm波长的吸收系数未知的铌酸锂晶体作为待测晶体，获取同样形状和尺寸的、在1064nm波长的吸收系数为2×10^-4cm^-1的另一块铌酸锂晶体作为标准晶体，构建如图2a所示的测量系统，将两块晶体按照如图2a所示平行排列。选择两台带有外调制功能的1064nm波长光纤激光器作为测试光源，平均功率50W，脉冲长度100ns，重复频率100Hz-5000Hz可调。将两台激光器输出的脉冲激光通过反射镜和透镜进行传输和光束整形，形成在晶体上的光束束腰为100μm直径的聚焦光斑，两束激光互相平行。在基准线上、与基准点距离100mm的位置设置一个麦克风拾音器。

将两台激光器的平均输出功率调整为均为10W，脉冲重复频率100Hz，两束脉冲激光的脉冲时间同步(脉冲相位相同)，脉冲激光经晶体吸收后，激发声波场，如图4所示，图4示例性示出了本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相同时激发的声波场示意图。

将两台激光器的脉冲时间调整为相差半个周期(脉冲相位相差π)，当两块晶体的吸收系数完全相等时，在对称轴上声波场干涉出一条极小值，如图5所示，图5示例性示出了本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相差π且两块晶体的吸收系数相同时激发的声波场示意图。当待测晶体吸收的激光强度比标准晶体吸收的激光强度大1％时，由于两个声波源的对称性被破坏，中轴线上的声波强度升高，如图6所示，图6示例性示出了本申请实施例提供的两束脉冲激光的脉冲相位相差π且两块晶体的吸收系数不同时激发的声波场示意图。

当两块晶体吸收系数相同时，拾音器上测量的声波干涉强度如图7所示，图7示例性示出了本申请实施例提供的两块晶体的吸收系数相同时拾音器测得的不同相位差下的声波干涉强度示意图。从图7可以看出，在相位差为0和2π时，声场信号最大，在相位差为π时，声场信号最小。

当两块晶体吸收系数不同时，例如待测晶体吸收的激光强度比标准晶体大10％时，拾音器上测量的声场强度如图8所示，图8示例性示出了本申请实施例提供的两块晶体的吸收系数不同时拾音器测得的不同相位差下的声波干涉强度示意图。

通过将上述测量数据进行拟合，计算出待测晶体的吸收系数。当待测晶体吸收的激光强度比标准晶体小10％时，拾音器上测量到的干涉场强度信号与图8一致，但是干涉场的相位相反，可根据干涉场的相位判断待测晶体与标准晶体吸收系数的大小。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

图9示例性示出了本申请实施例提供的一种光学晶体吸收损耗的测量装置的结构示意图。如图9所示，该装置具有实现上述光学晶体吸收损耗的测量方法的功能，所述功能可以由硬件实现，也可以由硬件执行相应的软件实现。该装置可以包括：待测晶体获取模块901、标准晶体获取模块902、测量系统构建模块903、脉冲相位调节模块904、声波干涉强度获取模块905、第一处理模块906以及第二处理模块907。

待测晶体获取模块901，用于获取待测晶体。

标准晶体获取模块902，用于根据待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体；标准晶体的形状和尺寸均与待测晶体相同。

测量系统构建模块903，用于根据待测晶体和标准晶体，构建测量系统；在测量系统中，待测晶体与标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上，目标测点为待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，对称测点与目标测点关于基准线轴对称，初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强。

脉冲相位调节模块904，用于保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位。

声波干涉强度获取模块905，用于利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度；相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值。

第一处理模块906，用于根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、脉冲激光的光强以及标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数。

第二处理模块907，用于根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数。

在一种可实现方式中，测量系统构建模块903包括：

第一晶体设置单元，用于将待测晶体和标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧。

第一脉冲激光获取单元，用于获取初始参数相同且照射方向关于基准线轴对称的两束脉冲激光。

第一脉冲激光调节单元，用于将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上。

第一拾音器设置单元，用于将拾音器设置在基准线上，且令拾音器与基准点相隔预设距离；其中，拾音器与脉冲激光的发射装置位于待测晶体与标准晶体连线的两侧。

在一种可实现方式中，测量系统构建模块903包括：

第二晶体设置单元，用于将待测晶体和标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧。

第二脉冲激光获取单元，用于获取初始参数相同、照射方向均垂直于基准线且对称的两束脉冲激光。

第二脉冲激光调节单元，用于将其中一束脉冲激光垂直照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光垂直照射在标准晶体的对称测点上。

全反射镜设置单元，用于将全反射镜设置在基准线上，且令全反射镜位于待测晶体与标准晶体之间；其中，全反射镜的镜面方向与基准线平行。

第二拾音器设置单元，用于将拾音器设置在基准线上，且令拾音器与基准点相隔预设距离。

在一种可实现方式中，声波干涉强度获取模块905还用于通过以下公式表示拾音器所获取的不同相位差下的声波干涉强度：

其中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为不同相位差下的声波干涉强度，S为影响因子，I为脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数，(Φ₁-Φ₂)为相位差。

在一种可实现方式中，第二处理模块907包括：

平均值确定单元，用于根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的吸收系数平均值。

方差确定单元，用于根据吸收系数平均值，以及待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的吸收系数方差。

处理单元，用于根据吸收系数平均值和吸收系数方差，确定待测晶体的整体吸收系数。

在一种可实现方式中，该测量装置还包括：

声波干涉相位获取模块，用于利用拾音器获取声波干涉相位；声波干涉相位是待测晶体声波源与标准晶体声波源之间的干涉场的相位，待测晶体声波源是由照射在目标测点的脉冲激光激发的，标准晶体声波源是由照射在对称测点的脉冲激光激发的。

如此，本申请实施例构建的测量系统中，待测晶体与吸收损耗已知的标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光分别照射在待测晶体的目标测点以及标准晶体的对称测点上；利用构建好的测量系统进行测量时，在预设范围内调节两束脉冲激光的相位差，并利用拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度，再结合标准晶体的吸收损耗、脉冲激光的光强和标准晶体的尺寸，确定待测晶体的吸收损耗。整个过程中，拾音器无需设置在待测晶体表面，且位置较为灵活，使得最终的测量结果不受待测晶体的形状和拾音器摆放位置的影响；采用标准晶体作对比，利用拾音器测量不同相位差下待测晶体与标准晶体激发的差分声波信号，进而确定待测晶体的吸收损耗，测量结果准确度较高，测量较为方便，具有较高的实用性。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序或智能合约，所述计算机程序或智能合约被节点加载并执行以实现上述实施例提供的事务处理方法。可选地，上述计算机可读存储介质可以是只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

获取待测晶体；

根据所述待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体；所述标准晶体的形状和尺寸均与所述待测晶体相同；

根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统；在所述测量系统中，所述待测晶体与所述标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于所述基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上，所述目标测点为所述待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，所述对称测点与所述目标测点关于所述基准线轴对称，所述初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强；

保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位；

利用所述拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度；所述相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值；

根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、所述脉冲激光的光强以及所述标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数；

根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数；

所述测量方法还包括：

通过以下公式表示所述拾音器所获取的不同相位差下的声波干涉强度：

其中，|E(I₁,Φ₁)+E(I₂,Φ₂)|²为所述不同相位差下的声波干涉强度，S为影响因子，I为所述脉冲激光的光强，α₁为标准晶体在对称测点的吸收系数，L为所述厚度，α₂为待测晶体在目标测点的吸收系数，(Φ₁-Φ₂)为所述相位差。

2.根据权利要求1所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统，包括：

将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

获取初始参数相同且照射方向关于所述基准线轴对称的两束脉冲激光；

将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上；

将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离；其中，所述拾音器与所述脉冲激光的发射装置位于所述待测晶体与所述标准晶体连线的两侧。

3.根据权利要求1所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统，包括：

将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

获取初始参数相同、照射方向均垂直于所述基准线且对称的两束脉冲激光；

将其中一束脉冲激光垂直照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光垂直照射在标准晶体的对称测点上；

将全反射镜设置在所述基准线上，且令所述全反射镜位于所述待测晶体与所述标准晶体之间；其中，所述全反射镜的镜面方向与所述基准线平行；

将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离。

4.根据权利要求1所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数，包括：

根据所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数平均值；

根据所述吸收系数平均值，以及所述待测晶体在所有测点的吸收系数，确定所述待测晶体的吸收系数方差；

根据所述吸收系数平均值和所述吸收系数方差，确定所述待测晶体的整体吸收系数。

5.根据权利要求1所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：

利用所述拾音器获取声波干涉相位；所述声波干涉相位是待测晶体声波源与标准晶体声波源之间的干涉场的相位，所述待测晶体声波源是由照射在所述目标测点的脉冲激光激发的，所述标准晶体声波源是由照射在所述对称测点的脉冲激光激发的。

6.根据权利要求1或2所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述两束脉冲激光由两个脉冲激光的发射装置发出，所述两束脉冲激光的光束口径、发散角、波长、光强和初始脉冲相位完全一致。

7.根据权利要求2或3所述的光学晶体吸收损耗的测量方法，其特征在于，所述测量系统还包括位移平台；

所述位移平台用于承载所述待测晶体和所述标准晶体，并将所述待测晶体和所述标准晶体移动至预设的测量位置。

8.一种光学晶体吸收损耗的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

待测晶体获取模块，用于获取待测晶体；

标准晶体获取模块，用于根据所述待测晶体，获取吸收损耗已知的标准晶体；所述标准晶体的形状和尺寸均与所述待测晶体相同；

测量系统构建模块，用于根据所述待测晶体和所述标准晶体，构建测量系统；在所述测量系统中，所述待测晶体与所述标准晶体关于预设基准线轴对称，拾音器位于所述基准线的预设位置上，两束初始参数相同的脉冲激光中任意一束脉冲激光用于照射在待测晶体的目标测点上，另一束脉冲激光用于照射在标准晶体的对称测点上，所述目标测点为所述待测晶体上预设的多个测点中任意一个测点，所述对称测点与所述目标测点关于所述基准线轴对称，所述初始参数包括脉冲相位和脉冲激光的光强；

脉冲相位调节模块，用于保持其中一束脉冲激光的脉冲相位不变，在预设范围内调节另一束脉冲激光的脉冲相位；

声波干涉强度获取模块，用于利用所述拾音器获取不同相位差下的声波干涉强度；所述相位差为两束脉冲激光的脉冲相位差值；

第一处理模块，用于根据所有相位差下的声波干涉强度、标准晶体在对称测点的吸收系数、所述脉冲激光的光强以及所述标准晶体的厚度，确定待测晶体在目标测点的吸收系数；

第二处理模块，用于根据待测晶体在所有测点的吸收系数，确定待测晶体的整体吸收系数。

9.根据权利要求8所述的光学晶体吸收损耗的测量装置，其特征在于，所述测量系统构建模块包括：

第一晶体设置单元，用于将所述待测晶体和所述标准晶体平行对称设置在预设基准线上的预设基准点两侧；

第一脉冲激光获取单元，用于获取初始参数相同且照射方向关于所述基准线轴对称的两束脉冲激光；

第一脉冲激光调节单元，用于将其中一束脉冲激光照射在待测晶体的目标测点上，将另一束脉冲激光照射在标准晶体的对称测点上；

第一拾音器设置单元，用于将拾音器设置在所述基准线上，且令所述拾音器与所述基准点相隔预设距离；其中，所述拾音器与所述脉冲激光的发射装置位于所述待测晶体与所述标准晶体连线的两侧。

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