CN112729776A - 一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，所属光学器件技术领域，包括532nm激光脉冲光源、显微物镜、双微球耦合结构、MgF2基底、532nm滤光片、半透半反射镜、光谱分析仪、电荷耦合器件CCD、玻璃板、薄木板以及加热台。本发明中，基板的材料不均匀时，加热会引起基底上的位置点的温度不同，受热的两个微球折射率变化不同，光谱频移过程中的分裂峰反交叉现象灵敏；尺寸较小的两个微球耦合，可以在微尺度上对材料基板的位置点的均匀性进行实时检测；采用商业化的荧光染料微球组，尺寸均匀，发光效果良好，结构制作简单，使得此方案更加容易实现。
Description
技术领域
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置。
背景技术
在光子学和光电子学领域，两个光子本征模态之间的耦合形成了许多有趣的物理现象，尤其是其输出光谱往往呈现出模式分裂的特点。特别地，沿环形轨道谐振表现出回廊模模式的光学微腔，已被确定为研究上述物理现象的理想平台。目前，已经有报道通过对耦合结构中的单个微球进行温度调谐，使其模式分裂光谱出现反交叉的现象。这种调谐的实质是两个微球的折射率变化率不同，光谱在频移过程中呈现了较为明显的反交叉特点，鲜有工作集中于对此种现象进行应用的测试。对此，我们提出利用耦合系统模式分裂的反交叉特性，对基板材料的均匀性进行检测。通过对非均匀材料的基板进行加热测试，对收集到的光信号进行分析，通过光谱的反交叉特点来验证拼凑基板材料的非均匀性。
为此，我们提出一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，简述下达到的技术效果。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，包括532nm激光脉冲光源、显微物镜、双微球耦合结构、MgF2基底、532nm滤光片、半透半反射镜、光谱分析仪、电荷耦合器件CCD、玻璃板、薄木板以及加热台；
所述532nm激光脉冲光源，用于发出蓝绿色空间光；
所述显微物镜，用于对532nm激光脉冲光源发出的蓝绿色空间光进行聚焦；
所述双微球耦合结构，用于对蓝绿色空间光进行泵浦激发，光致发光形成的新的光信号；
所述半透半反射镜，用于对532nm激光脉冲光源反射的蓝绿色空间光进行反射，并对激发光信号进行透射；
所述光谱分析仪，用于采集光谱；
所述电荷耦合器件CCD，用于对双微球耦合结构发光形态的进行观察。
进一步地，所述双微球耦合结构是由两个质量较好尺寸相同的染料掺杂的聚合物微球紧凑放置组合而成；
所述聚合物微球为尼罗红染料掺杂的聚苯乙烯荧光微球，其折射率为1.59，单个所述微球光致发光信号呈现出回廊模模式的特点。
进一步地，所述MgF2基底的厚度约为0.5mm；
所述玻璃板和薄木板的厚度约为2.5mm；
所述加热台能够迅速加热调谐温度，可加热范围为0℃-250°C。
一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，包括以下步骤：
S1：挑选谐振输出峰相同的聚苯乙烯微球紧凑放置，并通过紫外固化胶粘附在所述MgF2基底，在所述532nm激光脉冲光源的泵浦激发下能够呈现出稳定的回廊模模式分裂现象；
S2：将粘附所述双微球耦合结构的MgF2基底放置到玻璃板和薄木板拼接的基板上，在所述显微物镜下调整MgF2基底使得双微球耦合位置与两个基板交接处恰好相切；
S3：将调整好的结构放置到所述加热台上，设置加热的目标温度与加热速度，达到快速加热效果，以实现非均匀加热的目的；
S4：所述532nm激光脉冲光源发出的蓝绿色空间光，经所述显微物镜在MgF2基底聚焦成微米级别的光斑进行脉冲泵浦，所述双微球耦合结构经泵浦发出的新的光信号经显微物镜、532nm滤光片和半透半反射镜分别传输到光谱分析仪和电荷耦合器件CCD；
S5：加热过程中，两个微球受热不均，折射率变化有所不同。对输出的光谱信号进行采集，后经处理和分析得出结论。
进一步地，所述紫外固化胶折射率较低；
所述532nm激光脉冲光源重复频率为5Hz，脉冲宽度为8ns；
所述显微物镜为20倍的物镜。
进一步地，利用所述双微球耦合结构输出光信号呈现出明显的回廊模模式分裂的特征，根据模式分裂的反交叉现象的特点，可以实现微尺度上的基板材料热均匀性的检测。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、基板的材料不均匀时，加热会引起基底上的位置点的温度不同，受热的两个微球折射率变化不同，光谱频移过程中的分裂峰反交叉现象灵敏；
2、尺寸较小的两个微球耦合，可以在微尺度上对材料基板的位置点的均匀性进行实时检测；
3、采用商业化的荧光染料微球组，尺寸均匀，发光效果良好，结构制作简单，使得此方案更加容易实现。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明提出的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置的整体结构示意图；
图2为对双微球耦合结构加热过程中产生非均匀热效应的装置中基板结构示意图；
图3为基板材料在非均匀受热过程中双微球耦合结构被激发得到的频移光谱。
图中：1、532nm激光脉冲光源；2、显微物镜；3、双微球耦合结构；4、MgF2基底；5、532nm滤光片；6、半透半反射镜；7、光谱分析仪；8、电荷耦合器件CCD；9、蓝绿色空间光；10、光信号；11、玻璃板；12、薄木板；13、加热台。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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，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。
参照图1-图3，一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，包括532nm激光脉冲光源1、显微物镜2、双微球耦合结构3、MgF2基底4、532nm滤光片5、半透半反射镜6、光谱分析仪7、电荷耦合器件CCD8、玻璃板11、薄木板12以及加热台13；
532nm激光脉冲光源1，用于发出蓝绿色空间光9；
显微物镜2，用于对532nm激光脉冲光源1发出的蓝绿色空间光9进行聚焦；
双微球耦合结构3，用于对蓝绿色空间光9进行泵浦激发，光致发光形成的新的光信号10；
半透半反射镜6，用于对532nm激光脉冲光源1反射的蓝绿色空间光9进行反射，并对激发光信号10进行透射；
光谱分析仪7，用于采集光谱；
电荷耦合器件CCD8，用于对双微球耦合结构3发光形态的进行观察。
更具体地，双微球耦合结构3是由两个质量较好尺寸相同的染料掺杂的聚合物微球紧凑放置组合而成；
聚合物微球为尼罗红染料掺杂的聚苯乙烯荧光微球，其折射率为1.59，单个微球光致发光信号10呈现出回廊模模式的特点。
更具体地，MgF2基底4的厚度约为0.5mm；
玻璃板11和薄木板12的厚度约为2.5mm；
加热台13能够迅速加热调谐温度，可加热范围为0℃-250°C。
一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，包括以下步骤：
S1：挑选谐振输出峰相同的聚苯乙烯微球紧凑放置，并通过紫外固化胶粘附在MgF2基底4，在532nm激光脉冲光源1的泵浦激发下能够呈现出稳定的回廊模模式分裂现象；
S2：将粘附双微球耦合结构3的MgF2基底4放置到玻璃板11和薄木板12拼接的基板上，在显微物镜2下调整MgF2基底4使得双微球耦合位置与两个基板交接处恰好相切；
S3：将调整好的结构放置到加热台13上，设置加热的目标温度与加热速度，达到快速加热效果，以实现非均匀加热的目的；
S4：532nm激光脉冲光源1发出的蓝绿色空间光9，经显微物镜2在MgF2基底4聚焦成微米级别的光斑进行脉冲泵浦，双微球耦合结构3经泵浦发出的新的光信号10经显微物镜2、532nm滤光片5和半透半反射镜6分别传输到光谱分析仪7和电荷耦合器件CCD8；
S5：加热过程中，两个微球受热不均，折射率变化有所不同。对输出的光谱信号进行采集，后经处理和分析得出结论。
更具体地，紫外固化胶折射率较低；
532nm激光脉冲光源1重复频率为5Hz，脉冲宽度为8ns；
显微物镜2为20倍的物镜。
更具体地，利用双微球耦合结构3输出光信号10呈现出明显的回廊模模式分裂的特征，根据模式分裂的反交叉现象的特点，可以实现微尺度上的基板材料热均匀性的检测。
本发明的工作原理及使用流程：
由于玻璃板11和薄木板12的导热系数差异较大，在加热台13的作用下，能够实现迅速地非均匀加热过程。此时，置于MgF2基底4上的双微球耦合结构3由于受热不均，两个微球的折射率变化有所不同。这导致模式分裂光谱在频移过程中，两个分裂双支的相对强弱将会发生明显的轮换，并且两个分裂峰的波长差也会先减小后增大，这就是模式分裂的反交叉现象。在一个非均匀基板材料对双微球耦合结构3进行加热，如果出现了明显的反交叉现象，说明是由于此拼凑基板的材料热传导系数非均匀导致的。
在外界环境的影响下，耦合的两个微球的折射率的变化率不同时，分裂光谱会呈现出明显的反交叉特点，将双微球耦合结构3放置到薄薄的MgF2基底4上，以双微球耦合点处为分界线，紧靠放置导热系数差异较大的玻璃板11和薄木板12作为基板，通过加热台13的快速加热，可以形成较为明显的受热温度差，以达到实验目的。532nm激光脉冲光源1发出的蓝绿色空间光9经显微物镜2聚焦，对双微球耦合结构3进行泵浦激发，光致发光形成的新的光信号10再经显微物镜2传输到532nm滤光片5，后经半透半反射镜6分别将新的光信号10分别传输到光谱分析仪7和电荷耦合器件CCD8，以实现对输出信号的采集以及双微球耦合结构3发光形态的观察。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，其特征在于，包括532nm激光脉冲光源(1)、显微物镜(2)、双微球耦合结构(3)、MgF2基底(4)、532nm滤光片(5)、半透半反射镜(6)、光谱分析仪(7)、电荷耦合器件CCD(8)、玻璃板(11)、薄木板(12)以及加热台(13)；
所述532nm激光脉冲光源(1)，用于发出蓝绿色空间光(9)；
所述显微物镜(2)，用于对532nm激光脉冲光源(1)发出的蓝绿色空间光(9)进行聚焦；
所述双微球耦合结构(3)，用于对蓝绿色空间光(9)进行泵浦激发，光致发光形成的新的光信号(10)；
所述半透半反射镜(6)，用于对532nm激光脉冲光源(1)反射的蓝绿色空间光(9)进行反射，并对激发光信号(10)进行透射；
所述光谱分析仪(7)，用于采集光谱；
所述电荷耦合器件CCD(8)，用于对双微球耦合结构(3)发光形态的进行观察。
2.根据权利要求1所述的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，其特征在于，所述双微球耦合结构(3)是由两个质量较好尺寸相同的染料掺杂的聚合物微球紧凑放置组合而成；
所述聚合物微球为尼罗红染料掺杂的聚苯乙烯荧光微球，其折射率为1.59，单个所述微球光致发光信号(10)呈现出回廊模模式的特点。
3.根据权利要求1所述的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的装置，其特征在于，所述MgF2基底(4)的厚度约为0.5mm；
所述玻璃板(11)和薄木板(12)的厚度约为2.5mm；
所述加热台(13)能够迅速加热调谐温度，可加热范围为0℃-250℃。
4.根据权利要求1-3所述的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：挑选谐振输出峰相同的聚苯乙烯微球紧凑放置，并通过紫外固化胶粘附在所述MgF2基底(4)，在所述532nm激光脉冲光源(1)的泵浦激发下能够呈现出稳定的回廊模模式分裂现象；
S2：将粘附所述双微球耦合结构(3)的MgF2基底(4)放置到玻璃板(11)和薄木板(12)拼接的基板上，在所述显微物镜(2)下调整MgF2基底(4)使得双微球耦合位置与两个基板交接处恰好相切；
S3：将调整好的结构放置到所述加热台(13)上，设置加热的目标温度与加热速度，达到快速加热效果，以实现非均匀加热的目的；
S4：所述532nm激光脉冲光源(1)发出的蓝绿色空间光(9)，经所述显微物镜(2)在MgF2基底(4)聚焦成微米级别的光斑进行脉冲泵浦，所述双微球耦合结构(3)经泵浦发出的新的光信号(10)经显微物镜(2)、532nm滤光片(5)和半透半反射镜(6)分别传输到光谱分析仪(7)和电荷耦合器件CCD(8)；
S5：加热过程中，两个微球受热不均，折射率变化有所不同。对输出的光谱信号进行采集，后经处理和分析得出结论。
5.根据权利要求4所述的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，其特征在于，所述紫外固化胶折射率较低；
所述532nm激光脉冲光源(1)重复频率为5Hz，脉冲宽度为8ns；
所述显微物镜(2)为20倍的物镜。
6.根据权利要求4所述的一种利用双微球耦合模式分裂检测基板热均匀性的方法，其特征在于，利用所述双微球耦合结构(3)输出光信号(10)呈现出明显的回廊模模式分裂的特征，根据模式分裂的反交叉现象的特点，可以实现微尺度上的基板材料热均匀性的检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210430 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |