CN1295542C - 透反型斩光器 - Google Patents

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Abstract

本发明一种透反型斩光器是用于微弱信号检测的机械调制器件，由电机伺服系统、调制盘、频率反馈和稳定系统、外部接口和显示系统、电源系统等部件构成，其在调制盘上增加一平整的反射层，让斩光器以一定角度插入信号光路，并将反射的信号光用吸收体吸收或用功率计接收同时测量其功率，也可用另一路锁相检测光路吸收或以其它方式吸收，这就避免了信号光束的漫反射，从而减少微弱信号测量中的杂散光干扰，提高测量信噪比和准确性。而且由于信号光束被遮挡时它的能量大部份被反射层所反射，因而即使信号光束光强较大也不会导致斩光器频率漂移或损坏。

Description

透反型斩光器
技术领域：
本发明涉及微弱信号检测技术领域，具体指一种减少微弱信号测量的杂散光干扰，提高测量信噪比和准确性的技术装置。
背景技术：
在进行微弱信号检测时，为了从背景噪声中提取出极微弱的信号，通常对信号光进行强度调制，即在信号光路中放置一个斩光器对光束进行调制，斩光器(又称光强调制器)输出的参考方波信号和信号光路的光电信号同时输入锁相放大器，锁相放大器能从掺杂着噪声的光电信号中检出与参考信号同频率的微小的有用的信号。
对信号光进行强度调制的方法包括电光调制、声光调制、磁光调制以及机械调制等方法。其中，机械调制法的频率范围虽然不大，一般在几赫兹到几千赫兹，但因其成本低廉，易于实现低频调制，仍然得到广泛的应用。
本发明涉及的斩光器是一种典型的机械调制器件，它由电机伺服系统、频率反馈和稳定系统、调制盘、外部接口和显示系统、电源系统等部件构成。其中，调制盘的结构如附图1所示，上面有一圈或多圈环绕调制盘中心的等间距通孔，电机带动调制盘旋转时，信号光束就以一定频率时而透过通孔时而被遮挡，从而实现对光束的调制。这种斩光调制方式可称为“穿透—截至”方式。
斩光器在工作过程中当光束被调制盘遮挡时，光束被调制盘吸收和漫反射(如附图2所示)。当信号光束光强较大时吸收会导致调制盘温度升高，这不仅会使调制盘变形甚至烧蚀，调制盘上的热量传递到电机和其它部件时还会导致它们偏离正常工作状态，造成频率漂移甚至部件损坏。
此外，漫反射会导致信号光在实验系统内以不可预料的方式四处分布形成杂散光，这种杂散光的频率与透过调制盘的信号光频率相同。这种杂散光实质上也是噪声，它的存在导致了信噪比的下降。若这种杂散光进入光电探测器，由于锁相放大器对它是敏感的，而不会将其当作噪声虑除，这将影响测量的准确性。因此，这种“穿透—截至”的斩光调制方式不仅会降低测量信噪比和准确性，在信号光束功率较大时还容易导致调制频率漂移甚至损坏斩光器。
发明内容：
本发明目的：为克服上述“穿透—截至”型机械斩光调制方式的缺点，在现有斩光器调制盘的基础上进行改进，减少漫反射和吸收，提高信噪比和测量的准确性。
其结构是：在调制盘上增加一平整的反射层，让斩光器以一定角度插入信号光路(为避免反射光进入入射光路，一般不能垂直入射)，当光束被调制盘遮挡时调制盘上的反射层将信号光束向某一固定方向反射(如附图5所示)，并将反射的信号光由吸收部件吸收，如用石墨作为吸收体吸收或用功率计吸收反射光同时测量其功率。
附图说明：
图1为现有斩光器调制盘的结构示意图。
图2为现有斩光器调制盘工作时产生漫反射的情况。
图3为本发明斩光器调制盘的效果图之一。
图4为本发明斩光器调制盘的效果图之二。
图5为本发明斩光器调制盘工作时产生定向反射的情况。
图6为本发明斩光器吸收部件连接图之一。
图7为本发明斩光器吸收部件连接图之二。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步的描述：
透反型斩光器是一种用于微弱信号检测的机械调制器件，由电机伺服系统、调制盘、频率反馈和稳定系统、外部接口和显示系统、电源系统等部件构成，其在调制盘1上设二反射层2，在调制盘1反射的光束的路径上设置一吸收部件。
其中，反射层2位于调制盘1的单面或双面。采用双面反射更有利于在光路中方便地设置斩光器，还能将斩光器后续光路上可能反射回来的光束同样定向反射和吸收。
为防止斩光时反射光束的方向抖动和光强波动，要求调制盘1基底和反射膜层平整，并且要求光束照射到的反射膜各处的反射率均匀。
本发明的一个实施例，其反射层2覆盖整个调制盘1(如附图3)或覆盖调制盘1上通光孔所在的环形带状区域4(如附图4所示)。
其反射层2采用金属反射膜或介质反射膜材料制作。如光束的功率较大，则反射层2需要高反射率的膜层，较理想的是采用多层介质高反射膜。
本发明的另一个实施例，将反射层2直接粘贴在已有的调制盘1上。这适用于只需将反射光吸收，对反射光束的方向和强度的稳定性要求并不高的场合。这样的改造成本更低。
本发明的吸收部件放置在调制盘反射的光束的路径上，吸收部件的吸收体采用石墨材料5(如附图6所示)，也可采用功率计6(如附图7所示)。功率计6可在吸收的同时测量反射光的功率。
综上所述，本发明与现有技术比较，不仅避免了信号光束的漫反射，从而减少微弱信号测量中的杂散光干扰，提高测量信噪比和准确性。而且由于信号光束被遮挡时它的能量大部分被反射层所反射，因而即使信号光束光强较大也不会导致斩光器频率漂移或损坏等优点。

Claims (6)

1.一种透反型斩光器，是用于微弱信号检测的机械调制器件，由电机伺服系统、调制盘、频率反馈和稳定系统、外部接口和显示系统、电源系统等部件构成，其特征在于调制盘(1)上设二反射层(2)，在调制盘(1)反射的光束的路径上设置一吸收部件。
2.如权利要求1所述的透反型斩光器，其特征在于反射层(2)位于调制盘(1)的单面或双面，各处反射率均匀，调制盘(1)基底和反射膜层平整。
3.如权利要求1或2所述的透反型斩光器，其特征在于反射层(2)覆盖整个调制盘(1)或覆盖调制盘(1)上通光孔所在的环形带状区域(4)。
4.如权利要求1或2所述的透反型斩光器，其特征在于反射层(2)采用金属反射膜或介质反射膜材料制作。
5.如权利要求4所述的透反型斩光器，其特征在于反射层(2)采用多层介质高反射膜。
6.如权利要求1或2所述的透反型斩光器，其特征在于吸收部件的吸收体为石墨材料(5)或功率计(6)。
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