CN201156011Y - 一种用于高反射率测量的计算机测控系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于高反射率测量的计算机测控系统，包括：光源、空间滤波和望远系统、平凹高反镜、会聚透镜、探测器；其特征在于：还包括一个具有双输入、双输出功能的高速数据采集卡、计算机及相关测量软件；软件控制采集卡两输出通道同步输出方波信号，两输入通道分别工作在采集模式和触发模式下；一路输出方波信号与光源相连，经光路系统及衰荡光腔后由探测器接收并进行光电转换，输出至采集通道；另一路输出方波作为触发信号，与触发通道相连；测量时，由方波下降沿触发采集通道采集衰荡信号，软件在线处理数据，输出测量结果；然后在腔内插入待测平面高反镜，重复上述过程得到待测平面高反镜的反射率；该系统具有结构简单，成本低，可移植性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光学元件测量系统，特别涉及一种用于高反射率测量的计算机测控系统。
背景技术
随着镀膜技术的发展，镀膜工艺水平不断提高，能镀制的高反镜反射率也越来越高，同时高反射率光学元件应用越来越广，对高反镜反射率测量提出了非常高的要求。中国专利申请号200610165082.0的发明专利“高反镜反射率的测量方法”及中国专利申请号200710098755.X的发明专利“基于半导体激光器自混合效应的高反射率测量方法”都提出了一种以连续半导体激光器作光源的高反射率测量方法，用方波调制连续激光，探测方波下降沿处关断激光束后的指数衰减信号，并拟合得到衰荡时间，从而得到高反镜反射率，该方法具有测量精度高、装置简单、成本低等优点。
利用上述方法测量反射率，一方面需要有方波信号源，对连续激光进行调制；另一方面需采集调制信号下降阶段的探测器输出信号，拟合光腔衰荡时间，计算组成衰荡光腔反射镜的反射率。通常，函数发生器或者函数发生卡可作为方波信号源，具有触发功能的示波器或高速数据采集卡可用于方波下降阶段衰减曲线的采集，但由于采用分立的装置，成本较高，且不利于系统集成。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种用于高反射率测量的计算机测控系统，该系统以一块数据采集卡为基础，利用虚拟仪器技术，同时实现高反射率测量所需的方波调制和数据采集处理的功能，使高反射率测控系统的结构得到了简化，也降低了系统成本。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高反射率测量的计算机测控系统，它包括：光源1、空间滤波和望远系统2、平凹高反镜3，4、会聚透镜5、探测器6，其特征在于：它还包括一个具有双输入、双输出功能的高速数据采集卡7、计算机8；高速数据采集卡7经PCI总线与计算机8通讯，计算机8通过软件控制高速数据采集卡7两输出通道A1和A2同步输出方波信号，并设置其两输入通道B1和B2分别工作在触发模式和采集模式下；高速数据采集卡7的第一路输出通道A1与光源1相连，高速数据采集卡7的处于采集模式下的输入通道B2与探测器6相连，用于采集第一路输出通道A1输出的方波信号经平凹高反镜3，4组成的衰荡光腔后出射并经探测器6转换后的电信号；高速数据采集卡7的第二路输出通道A2输出的方波信号作为触发信号，与高速数据采集卡7处于触发模式下的输入通道B1相连。
未插入待测平面高反镜9时，将所述平凹高反镜3，4凹面相对构成直腔；插入待测平面高反镜9后，调节平凹高反镜3，4形成折叠腔。
所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：光源1采用连续半导体激光器。
所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：空间滤波和望远系统2由两块透镜和一针孔组成，用于将光源1输出的激光束整形成基模并与光腔模式匹配。
所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜3，4的反射率大于99％。
所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：插入待测平面高反镜后，形成折叠腔的角度为1°到85°。
本实用新型由于采用以上技术方案具有以下优点：(1)提高高反射率测量系统的集成度，仅由一台计算机和一块高速数据采集卡实现了函数发生器和示波器的功能，降低系统成本，减少测试系统占用空间；(2)测量效率高，直接由计算机软件控制方波信号的产生和数据采集，二者并行工作，同时对所采集的数据进行实时处理，效率较高，可实现每秒15组以上衰荡信号的采集和处理，有利于实现多次重复测量，提高测量精度；(3)可移植性好，对程序进行适当修改即可移植到其它需要同时调制信号和采集数据的应用中。
附图说明
图1为本实用新型的一种直腔测量实施例的示意图；
图2为本实用新型的一种折叠腔构型的示意图；
图3为本实用新型测量软件流程图；
图4为本实用新型测量软件界面；
图中：1、光源，2、空间滤波和望远系统，3和4、平凹高反镜，5、会聚透镜，6、探测器，7、高速数据采集卡，8、计算机，9、待测平面高反镜。
具体实施方式
下面结合附图给出本实用新型在高反射率测量应用中的一个具体实施例。
如图1所示，一种用于高反射率测量的计算机测控系统，由光源1、空间滤波和望远系统2、平凹高反镜3，4、会聚透镜5、探测器6、高速数据采集卡7和计算机8及相关测量软件组成；A1、A2为高速数据采集卡两输出通道，B1、B2为高速数据采集卡两输入通道；图中的粗线表示光路，细线表示信号线相连。
高速数据采集卡7经PCI总线与计算机8通讯，计算机软件控制采集卡两输出通道A1、A2同步输出方波信号，并设置两输入通道B1、B2分别工作在触发模式和采集模式下；高速数据采集卡7的输出方波信号A1与光源1相连，对半导体激光器激励电流或电压进行方波调制，调制后的光束经空间滤波和望远系统2进入由两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜3，4凹面相对构成的直腔，激光束在腔内多次反射后输出，经透镜5会聚后由探测器6接收，探测器6将光信号转换成电信号，并输出到高速数据采集卡7的处于采集模式下的输入通道B2，用于采集指数衰减信号；高速数据采集卡7的另一路输出方波信号A2与高速数据采集卡7的处于触发模式下的输入通道B1相连；测量时，由输出方波信号A2的下降沿触发并控制处于采集模式下的输入通道B2采集光腔衰荡信号，由高速数据采集卡记录衰荡信号，并送入计算机8，由计算机程序按单指数衰减函数y＝A*exp(-t/τ1)+B拟合得到直腔衰荡时间τ1，再由R＝exp(-L/cτ1)或R＝1-L/cτ1计算得到腔镜反射率R，其中c为光速，L为腔长；然后在腔内插入待测平面高反镜9，调节平凹高反镜3和4，构成折叠腔，如图2所示；类似于直腔测量过程，由高速数据采集卡7记录输出方波信号A2下降沿关断激光束后探测器6输出的折叠腔指数衰减信号，并送入计算机8按单指数衰减函数y＝A*exp(-t/τ2)+B拟合得到折叠腔衰荡时间τ2，若插入待测镜时保持腔长L不变，则待测镜反射率由Rx＝exp(L/cτ1-L/cτ2)计算；若插入待测镜时腔长变为L2，则待测镜反射率由Rx＝exp(L/cτ1-L2/cτ2)计算；可测得任意反射率大于99％的平面高反镜的反射率。
光源1采用连续半导体激光器，空间滤波和望远系统2由两块透镜和一针孔组成，用于将光源1输出的激光束整形成基模并与光腔模式匹配，两块相同的、凹面镀高反膜反射率大于99％的平凹高反镜3、4凹面相对构成直腔；高速数据采集卡7同时实现生成方波和数据采集的功能，而且由调制信号的同步输出作为数据采集的触发，保证系统能够准确的捕获到调制信号下降阶段的指数衰减信号；测量软件基于LabVIEW虚拟仪器软件设计平台编写，程序编写按照方波信号产生、数据采集处理两大功能进行。
方波信号的产生主要利用高速数据采集卡的D/A转换功能，程序首先对高速数据采集卡输出通道的参数进行初始化，设置双通道同步输出；然后按光源调制信号的幅度、频率、占空比等要求生成仿真模拟方波信号数据，并将该数据按公式Raw＝V*2resolusion/Vrange进行转换，送入高速数据采集卡缓存；而后执行“开始D/A转换”的命令，此时采集卡硬件将会对存储在缓存中的数据进行转换，在输出通道A1，A2生成连续的方波信号，直至接收到外部的停止生成方波的命令后，执行“停止D/A转换”的操作，停止输出方波信号，流程参见图3。
与生成方波类似，程序也要对高速数据采集卡的输入通道参数做初始化设置，触发方式设为下降沿触发；然后等待触发，待触发信号的下降沿来临时，输入通道B2执行采集操作，捕获指数衰减信号，数据暂存于采集卡缓存；再由计算机对采集卡缓存中数据进行读取并转换为电压值，然后利用上述的单指数拟合方式拟合衰荡时间并计算反射率，流程参见图3。
整个测控系统设计为方波信号的产生和数据采集处理并列执行的结构，程序开始运行后，方波的生成和采集同步执行，但通道A2输出的方波信号同时是采集卡的触发信号，只有触发信号下降沿来临时，系统才对输入通道B2的数据进行采集并处理数据，此过程中输出通道仍连续生成方波，相互不影响。程序中由独立的控件分别控制方波生成和采集数据的结束，便于测量，该测量软件流程如图3所示，测量软件界面如图4所示。
Claims (6)
1、一种用于高反射率测量的计算机测控系统，它包括：光源(1)、空间滤波和望远系统(2)、平凹高反镜(3)，(4)、会聚透镜(5)、探测器(6)，其特征在于：它还包括一个具有双输入、双输出功能的高速数据采集卡(7)、计算机(8)；高速数据采集卡(7)经PCI总线与计算机(8)通讯，计算机(8)通过软件控制高速数据采集卡(7)两输出通道A1和A2同步输出方波信号，并设置其两输入通道B1和B2分别工作在触发模式和采集模式下；高速数据采集卡(7)的第一路输出通道A1与光源(1)相连，高速数据采集卡(7)的处于采集模式下的输入通道B2与探测器(6)相连，用于采集第一路输出通道A1输出的方波信号经平凹高反镜(3)，(4)组成的衰荡光腔后出射并经探测器(6)转换后的电信号；高速数据采集卡(7)的第二路输出通道A2输出的方波信号作为触发信号，与高速数据采集卡(7)处于触发模式下的输入通道B1相连。
2、根据权利要求1所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：未插入待测平面高反镜(9)时，平凹高反镜(3)，(4)凹面相对构成直腔；插入待测平面高反镜(9)后，调节平凹高反镜(3)，(4)形成折叠腔。
3、根据权利要求1所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：光源(1)采用连续半导体激光器。
4、根据权利要求1所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：空间滤波和望远系统(2)由两块透镜和一针孔组成，用于将光源(1)输出的激光束整形成基模并与光腔模式匹配。
5、根据权利要求1所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：两块相同的、凹面镀高反膜的平凹高反镜(3)，(4)的反射率大于99％。
6、根据权利要求1所述的一种用于高反射率测量的计算机测控系统，其特征在于：插入待测平面高反镜后，形成折叠腔的角度为1°到85°。
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| CN103913430A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-09 | 山西大学 | 基于对数运算放大器的腔衰荡光谱装置及方法 |
| CN108548659A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-18 | 中国科学院武汉物理与数学研究所 | 一种用于记录法布里-珀罗腔的衰荡曲线的装置及方法 |
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2007
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