CN114486747A - 一种基于偏振光的材料光热性能测试平台 - Google Patents

一种基于偏振光的材料光热性能测试平台 Download PDF

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Abstract

一种基于偏振光的材料光热性能测试平台，其包括测试保护装置，光学装置，以及温度检测装置。所述测试保护装置用于阻止所述光学装置所发出的光遗漏到外界并包括一个比色皿。所述光学装置包括一个第一偏振分光器，以及一个设置在所述第一偏振分光器的出光方向上的光功率计。所述温度检测装置用于当光线投射到所述比色皿中的被测物上时检测该被测物的即时温度、最高温度、以及最低温度。本材料光热性能测试平台可以实现线、圆偏振光可调的材料光热性能测试，既可以测试固体样品，也可以测试液体样品，特别地，可以测试手性材料，更符合实际测试需求。同时还使用了薄膜偏振分光棱镜，提纯了激光器发射出的激光的线偏程度，且透过率更高，激光损失更小。

Description

一种基于偏振光的材料光热性能测试平台
技术领域
本发明涉及光学设计技术领域，特别涉及一种基于偏振光的材料光热性能测试平台。
背景技术
光热治疗是一种将近红外光转换局部热量从而导致诱发细胞死亡的一种非侵入式先进治疗技术，其被证明在重大疾病治疗方面具有重要应用前景。因此，开发高效的光热转换材料是使用光热治疗的一个先决条件，也因此对光热材料进行光热性能测试是研究这类材料必不可少的工作。另外众所周知，手性材料对左旋和右旋圆偏振光的吸收不同，在左旋和右旋圆偏振光的激发下可能获得更高的光热转换效率。
但是，目前尚没有商业化的针对液体、固体材料、特别是手性材料进行光热性能测试的平台。如专利号为201511015600.6，专利名称为一种材料光热效应测试装置，其包括产生用于照射待测样品的激光的激光器，用于测试所述待测样品的温度变化并将所测得的温度变化转换为电信号的热电阻，将来自所述热电阻的电信号放大并数字化的信号调理单元，以及控制所述激光器发射激光的控制单元，但是该专利所公开的技术方案仅适用固体材料，更不适用于手性材料，其适用范围较小，不利于该测试装置的推广，也不利于降低整个测试系统的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有更高兼容性的基于偏振光的材料光热性能测试平台。
一种基于偏振光的材料光热性能测试平台，其用于检测被测物的光热特性。所述基于偏振光的材料光热性能测试平台包括一个测试保护装置，一个设置在所述测试保护装置中的光学装置，以及一个设置在所述测试保护装置中的温度检测装置。所述测试保护装置用于阻止所述光学装置所发出的光遗漏到外界并包括一个比色皿。所述光学装置包括一个第一偏振分光器，以及一个设置在所述第一偏振分光器的出光方向上的光功率计。所述温度检测装置用于当光线投射到所述比色皿中的被测物上时检测该被测物的即时温度、最高温度、以及最低温度。
进一步地，所述测试保护装置包括一个光学暗箱，以及一个设置在所述光学暗箱中的保温泡沫，所述比色皿设置在所述保温泡沫中。
进一步地，所述比色皿由石英粉烧制的。
进一步地，所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜。
进一步地，所述光学装置还包括一个设置在所述偏振分光器的出光方向上的四分之一波片，通过旋转该四分之一波片以获得右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。
进一步地，所述光学装置还包括一个设置在所述四分之一波片的出光方向上的第二偏振分光器，所述第二偏振分光器为一个薄膜偏振片。
进一步地，当所述比色皿中的被测物为固体材料时，所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜，所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片的出光方向平行于所述比色皿的高度方向。
进一步地，当所述比色皿中的被测物为液态材料时，所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜，所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片的出光方向垂直于所述比色皿的高度方向。
进一步地，所述光学装置还包括一个设置在所述测试保护装置的外侧的激光器，所述激光器设置在所述第一薄膜偏振分光棱镜的入光方向上。
进一步地，所述温度检测装置为一个红外线热成像测温仪。
与现有技术相比，本发明提供的基于偏振光的材料光热性能测试平台可以实现线、圆偏振光可调的材料光热性能测试，既可以测试固体样品，也可以测试液体样品，特别地，可以测试手性材料，更符合实际测试需求。同时还使用了薄膜偏振分光棱镜，提纯了激光器发射出的激光的线偏程度，并且相比于普通的偏振片，其透过率更高，激光损失更小。另外，本发明还使用了红外线热成像测温仪，可进行中心点测温、高低温追踪、电脑实时监控和拍照，以光学暗箱和保温泡沫作为测试环境保护装置，且光功率计检测到的光强度就是激光照射在样品上的光强度，测试的准确度更高。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于偏振光的材料光热性能测试平台的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的一种基于偏振光的材料光热性能测试平台的另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图2所示，其为本发明提供的一种基于偏振光的材料光热性能测试平台的结构示意图。所述基于偏振光的材料光热性能测试平台包括一个测试保护装置10，一个设置在所述测试保护装置10中的光学装置20，以及一个设置在所述测试保护装置10中的温度检测装置30。可以想到的是，所述基于偏振光的材料光热性能测试平台还包括其他的一些功能模块，如组装组件，电气连接组件，控制模块等等，其为本领域人员所习知的技术，在此不再一一详细说明。
所述测试保护装置10包括一个光学暗箱11，一个设置在所述光学暗箱11中的保温泡沫12，以及一个设置在所述保温泡沫12中的比色皿13。所述光学暗箱11本身为现有技术，其由黑色的铝合金制成。使用该光学暗箱11，可以有效隔离外界环境，降低对外热辐射，提高测试的准确度。所述保温泡沫12本身也为现有技术，其可以由酚醛材料制成，用于保持温度，以避免被测物产生热量后发生热量流失，从而可以提高测试准确性。所述比色皿13本身也为现有技术，其是一种用于光谱分析的设备仪器，并主要是由石英粉烧制的石英比色皿，其透光性好，耐腐蚀性强，符合广泛地测试需求。在实验使用中，所述比色皿13可以为一个具有一定高度的容器，被测物收容在该容器中。
所述光学装置20包括一个设置在所述测试保护装置10的外侧的激光器21，一个设置在所述测试保护装置10内并设置在所述激光器21的出光方向上的第一偏振分光器22，一个设置在所述第一偏振分光器22的出光方向上的四分之一波片23，以及一个设置在所述第一偏振分光器22及四分之一波片23的出光方向上的光功率计24。所述激光器21本身为现有技术，其发出的光的波长可以为808nm的光波。当然，根据实际的需要，所述激光器21所发出的光的波长是可以选择的，也是可调的。所述第一偏振分光器22可以为一个薄膜偏振分光棱镜或薄膜偏振片，或薄膜偏振膜等，其用于提纯所述激光器21所发出的激光的线偏程度。在本实施例中，当所述激光器21发射的激光为1.008W时，透过薄膜偏振分光棱镜的激光功率为0.966W，透过率为95.8％；透过薄膜偏振片的激光功率为0.869W，透过率为86.2％。因此，相比于使用薄膜偏振片，使用薄膜偏振分光棱镜可以获得更高的激光透过率，激光损失更小。在使用时，所述薄膜偏振分光棱镜与入射面的夹角为45°以达到偏振的目的。所述四分之一波片23为一定厚度的双折射单晶波片。众所周知的是，当光从法向入射透过波片时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差等于π/2或其奇数倍，这样的晶片称为四分之一波片或1/4波片。在使用时，旋转四分之一波片，当θ＝Π/4时，出射光为右旋圆偏振光；当θ＝3Π/4时，出射光为左旋圆偏振光。通过该右旋圆偏振光和左旋圆偏振光即可以当被测物是手性材料时，对其进行测试。另外，当测试非手性材料时，所述四分之一波片23也可以不使用，从而可以避免该四分之一波片23对光线的吸收而造成能量损失。例如，所述激光器21发射的激光为1.008W时，当无四分之一波片23时，透过薄膜偏振分光棱镜的激光功率为0.966W，透过率为95.8％，此时激光为线偏振光；当有四分之一波片23时，透过四分之一波片23的激光功率为0.950W,透过率为94.2％。所述光功率计24是用于测量绝对光功率或通过一段距离的光功率相对损耗的仪器，因此其本身为现有技术。所述光功率计24设置在所述比色皿13处测试激光功率，即激光照射在被测物上的功率。可以理解的是，所述光功率计24检测到的光强度就是激光照射在样品上的光强度。在实际测试中，当所述比色皿13中的被测物为液态材料时，所述光功率计24的出光方向垂直于所述比色皿13的高度方向，即所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片23的出光方向垂直于所述比色皿13的高度方向，如图1所提供的第一实施例的结构示意图，而当所述比色皿13中的被测物为固体材料时，所述光功率计24的出光方向平行于所述比色皿13的高度方向,即所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片23的出光方向平行于所述比色皿13的高度方向，如图2所提供的第二实施例的结构示意图。
为了检查由所述四分之一波片23发出的偏振光的方向，所述光学装置20还包括一个设置在所述四分之一波片23的出光方向上的第二偏振分光器25。在本实施例中，所述第二偏振分光器25可以为一个薄膜偏振片，通过旋转该第二偏振分光器25的，从而可以使其出射光射向比色皿13。具体的使用方法是，在使用偏振片判断线偏振光方向过程中，360°旋转偏振片，测量透过偏振片的激光强度。偏振片为0°时，分束镜透射光为0.00072W，近似0，约为消光，90°附近光强最强，为0.884W，继续将偏振片转过90°，又出现消光，再转过90°，透射光又变为最强，由此判断，线偏振光的方向为平行于入射面。
所述温度检测装置30可以为一个红外线热成像测温仪，其可进行中心点测温和高低温追踪，从而检测该被测物的即时温度、最高温度、以及最低温度。可以理解的是，所述热成像仪可以通过USB数据线与电脑连接，通过图像投屏上位机软件实现拍照、图像投屏功能、电脑端超温报警提醒、超温自动保存图片。
与现有技术相比，本发明提供的基于偏振光的材料光热性能测试平台可以实现线、圆偏振光可调的材料光热性能测试，既可以测试固体样品，也可以测试液体样品，特别地，可以测试手性材料，更符合实际测试需求。同时还使用了薄膜偏振分光棱镜，提纯了激光器发射出的激光的线偏程度，并且相比于普通的偏振片，其透过率更高，激光损失更小。另外，本发明还使用了红外线热成像测温仪，可进行中心点测温、高低温追踪、电脑实时监控和拍照，以光学暗箱和保温泡沫作为测试环境保护装置，且光功率计检测到的光强度就是激光照射在样品上的光强度，测试的准确度更高。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种基于偏振光的材料光热性能测试平台，其用于检测被测物的光热特性，其特征在于：所述基于偏振光的材料光热性能测试平台包括一个测试保护装置，一个设置在所述测试保护装置中的光学装置，以及一个设置在所述测试保护装置中的温度检测装置，所述测试保护装置用于阻止所述光学装置所发出的光遗漏到外界并包括一个比色皿，所述光学装置包括一个第一偏振分光器，以及一个设置在所述第一偏振分光器的出光方向上的光功率计，所述温度检测装置用于当光线投射到所述比色皿中的被测物上时检测该被测物的即时温度、最高温度、以及最低温度。
2.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述测试保护装置包括一个光学暗箱，以及一个设置在所述光学暗箱中的保温泡沫，所述比色皿设置在所述保温泡沫中。
3.如权利要求2所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述比色皿由石英粉烧制的。
4.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜。
5.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述光学装置还包括一个设置在所述偏振分光器的出光方向上的四分之一波片，通过旋转该四分之一波片以获得右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。
6.如权利要求5所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述光学装置还包括一个设置在所述四分之一波片的出光方向上的第二偏振分光器，所述第二偏振分光器为一个薄膜偏振片。
7.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：当所述比色皿中的被测物为固体材料时，所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜，所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片的出光方向平行于所述比色皿的高度方向。
8.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：当所述比色皿中的被测物为液态材料时，所述第一偏振分光器为一个薄膜偏振分光棱镜，所述薄膜偏振分光棱镜或四分之一波片的出光方向垂直于所述比色皿的高度方向。
9.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述光学装置还包括一个设置在所述测试保护装置的外侧的激光器，所述激光器设置在所述第一薄膜偏振分光棱镜的入光方向上。
10.如权利要求1所述的基于偏振光的材料光热性能测试平台，其特征在于：所述温度检测装置为一个红外线热成像测温仪。
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