CN205280575U - 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，包括泵浦激光光源、探测激光光源、聚焦透镜和光纤。本实用新型利用光纤来传输泵浦激光光束和探测激光光束，并且利用同一个聚焦透镜来会聚这两束光，在探测端也利用光纤来接收由样品反射或透射的探测激光光束，使得整个光路系统结构大大简化，可以实现仪器的微型化、便携式，大大节约了仪器成本，有利于激光激发热波检测技术的推广应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光激发热波检测技术领域，具体是一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置。
背景技术
激光激发热波技术是一种有效的检测手段，具有灵敏度高、非接触式、测量方式多样等特点，可用于不同材料特性的检测分析（包括材料的吸收特性、热物理特性、缺陷等）。对激光激发热波信号进行检测的一种常用的检测方式是：当泵浦激光与材料相互作用并激发产生热波信号后，用一束较弱的探测激光也经过材料中产生热波信号的区域，探测激光光束可以和泵浦激光光束有一定夹角，也可以是同轴的。
当探测激光通过泵浦激光激发产生的热波信号区域时，其空间传播特性将会发生变化，产生新增的会聚或发散效应。通过检测出射探测激光的会聚或发散特性的变化，就可以获得产生热波信号区域的材料特性。对探测激光空间传播特性的变化的检测通常可以通过在出射探测激光光路中的适当位置加入一个空间滤波器来进行，空间滤波器允许部分探测激光能量进入光电探测器。
目前常用的激光激发热波信号检测装置中，一般泵浦激光光束和探测激光光束是分别经过各自独立的光路系统后作用到样品上。各自的光路系统中包含了一系列的光束偏转、光束整形、光束聚焦以及探测单元等元器件，从而导致装置结构繁琐、体积庞大、价格昂贵，不利于携带搬运，极大地限制了该技术的推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，利用光纤本身芯径很小，具有空间滤波能力这一特性，同时结合光学聚焦透镜的色差特性，来实现对激光激发热波信号的检测，从而使得整个检测装置的结构大大简化，可以解决目前光热检测装置器件繁琐、体积庞大、价格昂贵、不利于携带搬运的问题。
本实用新型的技术方案为：
一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，包括泵浦激光光源、探测激光光源和第一聚焦透镜；所述泵浦激光光源，用于输出泵浦激光光束，所述泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤入射到第一聚焦透镜的中心位置；所述探测激光光源，用于输出探测激光光束，所述探测激光光束通过第二光纤入射到第一聚焦透镜的边缘位置；所述第一聚焦透镜，用于将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品上的同一区域，所述样品放置于第一聚焦透镜的焦平面处；所述第一聚焦透镜，还用于收集从样品反射的探测激光光束，所述从样品反射的探测激光光束经过第一聚焦透镜收集后，再通过第三光纤进入光电探测器。
一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，包括泵浦激光光源、探测激光光源、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；所述泵浦激光光源，用于输出泵浦激光光束，所述泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤入射到第一聚焦透镜的中心位置；所述探测激光光源，用于输出探测激光光束，所述探测激光光束通过第二光纤入射到第一聚焦透镜的边缘位置；所述第一聚焦透镜，用于将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品上的同一区域，所述样品放置于第一聚焦透镜的焦平面处；所述第二聚焦透镜，用于收集从样品透射的探测激光光束，所述从样品透射的探测激光光束经过第二聚焦透镜收集后，再通过第三光纤进入光电探测器。
所述的基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，所述第三光纤与光电探测器之间设有滤光装置。
本实用新型的有益效果为：
由上述技术方案可知，本实用新型利用光纤来传输泵浦激光光束和探测激光光束，并且利用同一个聚焦透镜来会聚这两束光，在探测端也利用光纤来接收由样品反射或透射的探测激光光束，使得整个光路系统结构大大简化，可以实现仪器的微型化、便携式，大大节约了仪器成本，有利于激光激发热波检测技术的推广应用。
附图说明
图1是本实用新型的装置结构示意图（反射模式）；
图2是本实用新型的装置结构示意图（透射模式）；
图3是本实用新型所述的光纤输入端相当于空间滤波器的原理图，其中，图3（a）对应反射模式，图3（b）对应透射模式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。
如图1所示，一种反射模式的基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，包括泵浦激光光源1、探测激光光源2和第一聚焦透镜41。泵浦激光光源1输出的泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤31入射到第一聚焦透镜41的中心位置；探测激光光源2输出的探测激光光束通过第二光纤32入射到第一聚焦透镜41的边缘位置；第一聚焦透镜41将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品5上的同一区域，样品5放置于第一聚焦透镜41的焦平面处；第一聚焦透镜41还收集从样品5反射的探测激光光束，从样品5反射的探测激光光束经过第一聚焦透镜41收集后，再通过第三光纤33和滤光装置6进入光电探测器7。
如图2所示，一种透射模式的基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，包括泵浦激光光源1、探测激光光源2、第一聚焦透镜41和第二聚焦透镜42。泵浦激光光源1输出的泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤31入射到第一聚焦透镜41的中心位置；探测激光光源2输出的探测激光光束通过第二光纤32入射到第一聚焦透镜41的边缘位置；第一聚焦透镜41将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品5上的同一区域，样品5放置于第一聚焦透镜41的焦平面处；第二聚焦透镜42收集从样品5透射的探测激光光束，从样品5透射的探测激光光束经过第二聚焦透镜42收集后，再通过第三光纤33和滤光装置6进入光电探测器7。
本实用新型的各模块按次序依次连接在一起。第三光纤33的输入端相当于空间滤波器，目的是使光电探测器7仅接收由于样品5热形变产生的探测激光传播特性的变化。滤光装置6的作用是滤掉除探测激光以外的杂散光。光电探测器7接收的激光激发热波信号经过信号检测装置之后再通过串口线等连接方式，将热波信号传输给计算机，经过信号分析和处理即可得到样品5的激光激发热波信号特性。
本实用新型的工作原理：
泵浦激光光束和探测激光光束分别经第一光纤31、第二光纤32传输到第一聚焦透镜41上不同位置，其中泵浦激光光束位于中心位置，探测激光光束位于边缘位置，泵浦激光光束和探测激光光束具有不同波长。由于第一聚焦透镜41本身的会聚性能，泵浦激光光束和探测激光光束会被会聚到同一点；测量时，将样品5放置于第一聚焦透镜41的焦点位置。从样品5反射的探测激光光束再经由第一聚焦透镜41收集，并由第三光纤33接收；从样品5透射的探测激光光束经由第二聚焦透镜42收集，并由第三光纤33接收。
如图3所示，光纤结构由外而内依次为涂覆层301、包层302和纤芯303。由于纤芯303比较细，通常从几个微米到几十个微米，大大小于探测激光光斑的尺寸，因此，当采用第三光纤33接收探测激光光束时，第三光纤33本身就相当于一个空间滤波器，只让部分探测激光信号进入到第三光纤33内。光电探测器7对经过第三光纤33传输的探测激光信号进行探测，从而实现对激光激发热波信号的检测。
在这种利用弱探测激光对激光激发热波信号进行检测的技术中，照射到样品5上的泵浦激光光斑和探测激光光斑之间的尺寸比例极大地影响检测灵敏度。在本实用新型中，这一点可以利用第一聚焦透镜41本身的色差特性来保证。由于第一聚焦透镜41本身的色差特性，在其焦点位置泵浦激光光斑和探测激光光斑的尺寸并不一致。可以通过选择合适的波长和透镜参数，使得泵浦激光光斑和探测激光光斑之间的尺寸比例满足一定的关系，从而达到最优的检测效果。
以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，其特征在于：包括泵浦激光光源、探测激光光源和第一聚焦透镜；
所述泵浦激光光源，用于输出泵浦激光光束，所述泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤入射到第一聚焦透镜的中心位置；
所述探测激光光源，用于输出探测激光光束，所述探测激光光束通过第二光纤入射到第一聚焦透镜的边缘位置；
所述第一聚焦透镜，用于将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品上的同一区域，所述样品放置于第一聚焦透镜的焦平面处；
所述第一聚焦透镜，还用于收集从样品反射的探测激光光束，所述从样品反射的探测激光光束经过第一聚焦透镜收集后，再通过第三光纤进入光电探测器。
2.一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，其特征在于：包括泵浦激光光源、探测激光光源、第一聚焦透镜和第二聚焦透镜；
所述泵浦激光光源，用于输出泵浦激光光束，所述泵浦激光光束经过调制后通过第一光纤入射到第一聚焦透镜的中心位置；
所述探测激光光源，用于输出探测激光光束，所述探测激光光束通过第二光纤入射到第一聚焦透镜的边缘位置；
所述第一聚焦透镜，用于将以不同入射点入射的泵浦激光光束和探测激光光束会聚到样品上的同一区域，所述样品放置于第一聚焦透镜的焦平面处；
所述第二聚焦透镜，用于收集从样品透射的探测激光光束，所述从样品透射的探测激光光束经过第二聚焦透镜收集后，再通过第三光纤进入光电探测器。
3.根据权利要求1或2所述的基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置，其特征在于：所述第三光纤与光电探测器之间设有滤光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201521120667.1U CN205280575U (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201521120667.1U CN205280575U (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 |
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| CN205280575U true CN205280575U (zh) | 2016-06-01 |
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ID=56065141
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| CN201521120667.1U Active CN205280575U (zh) | 2015-12-31 | 2015-12-31 | 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN205280575U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105510234A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 合肥知常光电科技有限公司 | 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 |
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2015
- 2015-12-31 CN CN201521120667.1U patent/CN205280575U/zh active Active
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| CN105510234A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 合肥知常光电科技有限公司 | 一种基于光纤传感的激光激发热波信号检测装置 |
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