CN217506284U - 一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于偏振光源领域，具体说是一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统。包括：宽光谱光源、单色仪、偏振模块以及自动控制模块，其中：所述自动控制模块通过数据传输线分别与宽光谱光源、单色仪以及偏振模块相连，所述单色仪和偏振模块依次设于宽光谱光源的光路上。本实用新型提出的一种便携式自动化的波长可调偏振可调的输出指定波长指定偏振光束的光源，大大简化了目前实验过程中，为了获得指定波长指定偏振光束，必须进行相关手动调节提升实验效率。

Description

一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统

技术领域

本实用新型属于偏振光源领域，具体说是一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统。

背景技术

在生物、材料、原子分子等领域，对样品的光谱测量是非常重要的表征手段，在一些条件下，获得样品的偏振光谱特性是了解样品结构性质、光学特性等特点的重要依据，而不同样品对不同的偏振光会有不同的响应，因此提供一种自动化偏振模式可选择、波长可选择的光束发生系统变得尤为重要。

传统样品光谱表征系统，集成了光源、样品测量区域以及光谱探测模块，这种表征系统往往用户功能扩展难度大且价格高。

实用新型内容

本实用新型提出了一种自动化光束发生系统，该系统可以提供波长可调、偏振模式可调的光束，其特色在于可以简单通过对波长与偏振模式的设置即可即开即用获得目标光束，无需进行任何手动调节。本实用新型将传统样品表征系统进行模块化简化，仅提供便携式自动化偏振光源技术，用户可以轻松获得目标偏振光源，而在进行样品光谱测量的过程中，可以通过根据自身需求对样品测量区域以及光谱探测模块进行自定义，应用范围广且价格低

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，包括：宽光谱光源、单色仪、偏振模块以及自动控制模块，其中：所述自动控制模块通过数据传输线分别与宽光谱光源、单色仪以及偏振模块相连，所述单色仪和偏振模块依次设于宽光谱光源的光路上。

所述宽光谱光源包括氙灯、卤素灯、汞灯中的至少一种。

所述单色仪为电动调节单色仪。

所述偏振模块包括偏振设备、电动旋转镜架以及电动平移台，所述偏振设备设于电动旋转镜架上，所述电动旋转镜架设于电动平移台上，所述电动旋转镜架和电动平移台均通过数据传输线与自动控制模块相连。

所述偏振设备包括偏振片、波片、偏振棱镜中的至少一种。

所述偏振模块还包括设于电动平移台上的光弹性调制器，所述光弹性调制器与偏振设备设于同一光路上。

所述自动控制模块为上位机。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

本实用新型提供了一种便携式自动化的波长可调偏振可调的输出指定波长指定偏振光束的光源，大大简化了目前实验过程中，为了获得指定波长指定偏振光束，必须进行相关手动调节提升实验效率。

附图说明

图1为本实用新型的模块化结构示意图；

图2为本实用新型的系统控制数据流示意图；

图3为本实用新型实施例一的具体结构示意图；

图4为本实用新型实施例二的具体结构示意图；

图5为本实用新型实施例三的具体结构示意图。

其中，1为氙灯，2为单色仪，3为偏振片，4为系统控制计算机，5为第1数据传输线，6为第二数据传输线，7为第三数据传输线，8为1/4波片，9为光弹性调制器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

本实用新型的目的在于提供便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，包括宽光谱光源、单色仪偏振模块以及自动控制模块，其中，偏振模块包含一个或多个偏振片或波片以及偏振片或载玻片的安装架和转动电机，自动控制模块包含自动控制系统以及数据传输线，在产生特定波长特定偏振状态的光束时，操作者通过所述自动控制系统输入所述波长与所述偏振状态，所述输入的波长数据通过数据传输线传送至单色仪，所述单色仪根据所述输入的波长数据进行调节，宽光谱光源出射的宽光谱光束即可通过单色仪输出所述输入波长的单波长光束，所述输入的偏振状态通过数据传输线传送至偏振模块，所述偏振模块根据所述输入的偏振模式控制其中的电机转动，调节与所述电机一同转动的偏振片或波片的光轴角度，透射过单色仪的所述输入波长的单波长光束经过所述偏振模块即可成为与所述输入波长以及输入偏振模式一致的单波长偏振光束。

所述宽光谱光源可以是氙灯、卤素灯、汞灯等宽光谱光源或所述宽光谱光源的组合，所述宽光谱光源配有可手动或自动控制开关的电源。

所述单色仪为电动调节单色仪，其上的电动电机可以调节单色仪中的光学元件对入射其中的宽光谱光束进行衍射分光并输出特定波长。

所述偏振模块由偏振片、波片、偏振棱镜等偏振光学元件或其组合构成。

所述自动控制模块由系统控制计算机、控制系统及数据传输线构成。

所述偏振光束输出设有手动控制、自动控制以及时间延迟三种模式，手动模式下可以通过点击面板上的出光按钮控制系统出光，自动模式下可以通过点击控制系统上的启动按钮，时间延迟模式下可以通过设置系统出光时间延迟控制出光时间。

如图1所示，本实用新型包括宽光谱光源，单色仪，偏振模块以及自动控制模块，经由用户指定的数据经系统输入至自动控制模块，自动控制模块将波长数据传输至单色仪，将偏振数据输入至偏振模块，单色仪接收所述波长数据并根据所述波长数据调节内部的光学元件，宽光谱连续光源出射的宽光谱光束入射至单色仪后，单色仪可输出所述指定波长数据波长的单波长光束，偏振模块接收所述偏振数据并根据所述偏振数据调节其中的偏振片或波片，所述单波长光束入射至偏振模块后，偏振模块可输出所述偏振数据偏振状态的单波长特定偏振状态的光束。

如图2所示，本实用新型的系统控制过程为：在出光前，用户需通过控制系统输入想要获得的波长、偏振状态，以及是否需要进行延迟出光，所述波长数据通过数据传输线输入至宽光谱光源，所述偏振状态通过数据传输线输入至偏振模块，出光时，若用户指定了时间延迟出光模式，系统控制计算机会根据所述的时间延迟进行等待，等待时间达到时间延迟时，向宽光谱光源电源传送出光指令，若用户采用系统控制出光模式，当用户点击系统上的出光按钮，系统控制计算机向宽光谱光源电源传送出光指令，若用户采用手动控制出光模式，当用户点击出光控制按钮，宽光谱光源接收所述用户点击出光控制按钮的出光指令。

实施例一

如图3所示，本实施例包括1、宽光谱光源，2、单色仪，3、偏振片，4、系统控制计算机，5、第一数据传输线，6、第二数据传输线，7、第三数据传输线，以及控制系统，其中偏振片3安装于具有绕光束传播方向旋转自由度的电动旋转镜架上，本实施例为本实用新型出射单波长线性偏振光束工作状态。

控制系统安装于系统控制计算机4上，本实施例先进行参数设置后进行出光操作，在进行参数设置时，用户通过安装于系统控制计算机4上的控制系统进行参数设置，需要进行设置的参数为波长、线偏振方向，以及是否需要进行时间延迟出光，所述波长通过第二数据传输线6传输至单色仪2，所述线偏振方向通过第三数据传输线7传输至偏振片3的电动旋转镜架，单色仪2根据所述波长调节内部的光学元件，使单色仪2处于输出所述波长的状态，偏振片3的电动旋转镜架根据所述偏振方向进行转动，停止转动时使偏振片3处于输出所述偏振方向的状态，在进行出光操作时，用户提前指定系统的出光方式，若采用系统控制出光方式，通过点击系统上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用手动控制出光方式，通过点击宽光谱光源1上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用时间延迟出光，通过系统设置时间延迟，当达到所述时间延迟时，控制系统即可控制宽光谱光源1出光，宽光谱光源1出射的宽光谱光束经过单色仪2后，转化为所述波长的单波长光束，所述单波长光束经过偏振片3后，转化为所述线偏振方向的单波长线偏振光束。

实施例二

如图4所示，本实施例包括1、宽光谱光源，2、单色仪，3、偏振片，4、系统控制计算机，5、第一数据传输线，6、第二数据传输线，7、第三数据传输线，8、1/4波片，以及控制系统，其中偏振片3和1/4波片8分别安装于具有绕光束传播方向旋转自由度的电动旋转镜架上，本实施例为本实用新型出射单波长圆偏振光束工作状态。

控制系统安装于系统控制计算机4上，本实施例先进行参数设置后进行出光操作，在进行参数设置时，用户通过安装于系统控制计算机4上的控制系统进行参数设置，需要进行设置的参数为波长、圆偏振状态，以及是否需要进行时间延迟出光，所述波长通过第二数据传输线6传输至单色仪2，所述圆偏振状态通过第三数据传输线7传输至偏振片3以及1/4波片8的的电动旋转镜架，单色仪2根据所述波长调节内部的光学元件，使单色仪2处于输出所述波长的状态，偏振片3以及1/4波片8的电动旋转镜架根据所述偏振方向进行转动，停止转动时使偏振片3与1/4波片8的光轴夹角为45°，处于输出圆偏振光束的状态，在进行出光操作时，用户提前指定系统的出光方式，若采用系统控制出光方式，通过点击系统上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用手动控制出光方式，通过点击宽光谱光源1上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用时间延迟出光，通过系统设置时间延迟，当达到所述时间延迟时，控制系统即可控制宽光谱光源1出光，宽光谱光源1出射的宽光谱光束经过单色仪2后，转化为所述波长的单波长光束，所述单波长光束经过偏振片3以及1/4波片8后，转化为所述单波长圆偏振光束。

实施例三

如图5所示，本实施例包括1、宽光谱光源，2、单色仪，3、偏振片，4、系统控制计算机，5、第一数据传输线，6、第二数据传输线，7、第三数据传输线，9、光弹性调制器，以及控制系统，其中偏振片3安装于具有绕光束传播方向旋转自由度的电动旋转镜架上，本实施例为本实用新型出射周期性变化的左旋与右旋圆偏振光束工作状态。

控制系统安装于系统控制计算机4上，本实施例先进行参数设置后进行出光操作，在进行参数设置时，用户通过安装于系统控制计算机4上的控制系统进行参数设置，需要进行设置的参数为波长、左旋与右旋圆偏振变化周期，以及是否需要进行时间延迟出光，所述波长通过第二数据传输线6传输至单色仪2，所述左旋与右旋圆偏振状态通过第三数据传输线7传输至偏振片3的电动旋转镜架以及光弹性调制器9，单色仪2根据所述波长调节内部的光学元件，使单色仪2处于输出所述波长的状态，偏振片3的电动旋转镜架以及光弹性调制器9根据所述偏振方向进行初始化，初始化完成时，光弹性调制器呈现1/4波片的状态，偏振片3与光弹性调制器9的光轴夹角为+45°，处于输出圆偏振光束的状态，在进行出光操作时，用户提前指定系统的出光方式，若采用系统控制出光方式，通过点击系统上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用手动控制出光方式，通过点击宽光谱光源1上的出光按钮即可控制宽光谱光源1出光，若采用时间延迟出光，通过系统设置时间延迟，当达到所述时间延迟时，控制系统即可控制宽光谱光源1出光，所述左旋与右旋圆偏振变化周期信息通过第三数据传输线7传输至光弹性调制器9，光弹性调制器9根据所述周期对进行光轴旋转，每一个周期内所述光轴旋转终点为所述光轴与偏振片3偏振方向夹角分别为-45°和+45°，宽光谱光源1出射的宽光谱光束经过单色仪2后，转化为所述波长的单波长光束，所述单波长光束经过偏振片3以及光弹性调制器9后，转化为周期性变化的单波长左旋与右旋圆偏振光束。

如图2所示，本实用新型系统数据传输及处理过程为：

本实用新型共设有3种出光方式，分别为用户系统控制出光、用户手动控制出光以及时间延迟出光，所述3种出光方式的指令均为布尔变量，所述布尔变量为1时为出光指令，所述布尔变量为0时为关闭指令。

当用户选定系统控制出光时，用户通过点击控制系统上的开关按钮即可控制出光，当用户点亮控制系统上的出光按钮，控制系统向宽光谱光源1输送出光指令，所述出光指令为布尔变量1，宽光谱光源1接收所述布尔变量1后开启电源，宽光谱光源1出光。

当用户选定手动控制出光时，用户通过点击本实用新型前面板上的开关按钮控制出光，当用户按动本实用新型前面板上的开关按钮，宽光谱光源1的光源接通，宽光谱光源1出光。

当用户选定时间延迟出光，用户通过在控制系统上设置延迟时间，所述延迟时间完成后，当用户点亮控制系统上的出光按钮，控制系统进入等待过程，当等待时间到达所述延迟时间时，控制系统向宽光谱光源1输送出光指令，所述出光指令为布尔变量1，宽光谱光源1接收所述布尔变量1后开启电源，宽光谱光源1出光。

本实用新型在进行波长选择时，用户通过控制系统上的波长设置窗口输入拟获得波长数据，所述波长数据为浮点数数据，用户设置好波长数据后，控制系统将所述浮点数据的波长数据通过数据传输线传输至单色仪2，单色仪2接收所述浮点数据的波长数据，并根据所述波长数据调节内部的光学元件，最终从输出窗口输出波长与所述用户设置的波长数据一致的光束。

本实用新型在进行偏振状态选择时，由于偏振模块由偏振片3、1/4波片8，以及光弹性调制器9组成，且偏振片3、1/4波片8，以及光弹性调制器9均安装于具有线性位移功能的电动平移台上，且偏振片3与1/4波片8安装于具有绕光束传播方向旋转自由度的旋转镜架上，用户可以通过控制系统设置光束的偏振模式，本实用新型自动通过所述设置的偏振模式调整偏振模块中各光学元件的位置及状态，从而满足用户对偏振模式的要求，本实用新型的偏振模式可以是线性偏振模式、圆偏振模式或周期性变化的左旋与右旋偏振模式等，下面针对这三种偏振模式做进一步详述。

当用户选定线偏振模式时，用户通过控制系统设置线偏振模式下线偏振光束的偏振角度，所述偏振角度为与垂直方向的夹角，所述夹角范围为0°-180°，控制系统提前预设了安装偏振片3、1/4波片8以及光弹性调制器9的电动平移台移动方向及移动距离，控制系统在接收到用户选定线偏振模式后，系统根据用户指定的线偏振模式，依据预设的电动平移台移动方向及距离启动安装1/4波片8与安装光弹性调制器9的电动平移台，将1/4波片8与光弹性调制器9移出光路，与此同时，控制系统将所述偏振角度转化为安装偏振片3的电动旋转镜架的旋转距离，所述旋转距离为浮点数，安装偏振片3的电动旋转镜架接收所述旋转距离的并依据所述旋转距离转动相应距离，使偏振片处于用户指定的线偏振光束角度，此时偏振模块将单色仪2出射的单波长光束转化为指定偏振角度的线偏振单波长光束。

当用户选定圆偏振模式时，用户通过控制系统设置圆偏振模式下圆偏振光束的偏振方向，所述偏振方向为左旋圆偏振或右旋圆偏振，控制系统提前预设了安装偏振片3、1/4波片8以及光弹性调制器9的电动平移台移动方向及移动距离，控制系统在接收到用户选定圆偏振模式后，系统根据用户指定的圆偏振模式，依据预设的电动平移台移动方向及距离启动安装光弹性调制器9的电动平移台，将光弹性调制器9移出光路，与此同时，控制系统将所述偏振方向转化为安装偏振片3与安装1/4波片的电动旋转镜架的旋转距离，所述旋转距离为浮点数，安装偏振片3与安装1/4波片的电动旋转镜架接收所述旋转距离的并依据所述旋转距离转动相应距离，转动完成后，偏振片3的偏振方向与1/4波片光轴方向夹角为45°或-45°，不同的所述夹角使偏振模块处于左旋圆偏振模式或右旋圆偏振模式，此时偏振模块将单色仪2出射的单波长光束转化为指定偏振方向的圆偏振单波长光束。

当用户选定周期性变化的左旋与右旋偏振模式时，用户通过控制系统设置周期性变化的左旋与右旋偏振模式下左旋圆偏振与右旋圆偏振的变化周期，所述变化周期为浮点数数据，控制系统提前预设了安装偏振片3、1/4波片8以及光弹性调制器9的电动平移台移动方向及移动距离，控制系统在接收到用户选定周期性变化的左旋与右旋偏振模式后，系统根据用户指定的周期性变化的左旋与右旋偏振模式，依据预设的电动平移台移动方向及距离启动安装1/4波片8的电动平移台，将1/4波片8移出光路，与此同时，控制系统将所述左旋圆偏振与右旋圆偏振的变化周期转化为光弹性调制器9的偏振模式与光轴旋转速率，当偏振模块处于周期性变化的左旋与右旋偏振模式下，光弹性调制器9的控制器接收所述模式选通指令并向光弹性调制器9施加电压，使光弹性调制器9呈现1/4波片的表象，控制系统根据用户指定的左旋圆偏振与右旋圆偏振的变化周期的浮点数数据处理并计算光弹性调制器9光轴的旋转速率，并将所述旋转速率数据通过数据传输线传输至光弹性调制器9的控制器，光弹性调制器9控制器根据所述旋转速率控制光弹性调制器9光轴的旋转速率，使在每一个周期时间起点与时间中点时，光弹性调制器9的光轴与偏振片3的夹角分别为45°和-45°，此时在每一个周期的时间起点与时间中点时，偏振模块将单色仪2出射的单波长光束转化为左旋与右旋圆偏振单波长光束，当时间持续时，即可获得周期性变化的左旋与右旋圆偏振单波长光束。

Claims (7)

1.一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，包括：宽光谱光源、单色仪、偏振模块以及自动控制模块，其中：所述自动控制模块通过数据传输线分别与宽光谱光源、单色仪以及偏振模块相连，所述单色仪和偏振模块依次设于宽光谱光源的光路上。

2.根据权利要求1所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述宽光谱光源包括氙灯、卤素灯、汞灯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述单色仪为电动调节单色仪。

4.根据权利要求1所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述偏振模块包括偏振设备、电动旋转镜架以及电动平移台，所述偏振设备设于电动旋转镜架上，所述电动旋转镜架设于电动平移台上，所述电动旋转镜架和电动平移台均通过数据传输线与自动控制模块相连。

5.根据权利要求4所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述偏振设备包括偏振片、波片、偏振棱镜中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述偏振模块还包括设于电动平移台上的光弹性调制器，所述光弹性调制器与偏振设备设于同一光路上。

7.根据权利要求1所述的一种便携式自动化波长可调偏振光束发生系统，其特征在于，所述自动控制模块为上位机。

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