專(zhuān)利名稱：激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置的制作方法
激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置技術(shù)領(lǐng)域本專(zhuān)利涉及光電探測(cè)領(lǐng)域，具體是激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置。
技術(shù)背景作為影響和表征氣溶膠粒子物理特性的重要參數(shù)，粒形研究受到越來(lái)越多的 重視。氣溶膠粒子的散射光強(qiáng)度分布即相函數(shù)包含著粒子的形狀信息，發(fā)明專(zhuān)利 申請(qǐng)"多通道散射反演顆粒三維形狀4企測(cè)儀(2007100222577 )"和"基于圖像監(jiān) 測(cè)微顆粒形狀與散射的新裝置(200710023960. X)"即是以此為基本原理的。上 述發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)中用波長(zhǎng)65 0 n m的半導(dǎo)體激光器作為光源，在黑色中空球形散 射腔表面多個(gè)方位合理設(shè)置光纖插孔，經(jīng)光纖將這些方位的粒子散射光導(dǎo)出至光 電倍增管，獲得散射光強(qiáng)度的分布情況，由此反演氣溶膠粒子形狀并統(tǒng)計(jì)分類(lèi)。激光器功率是不穩(wěn)定的，通常具有2 % ~ 5 %的振蕩范圍。如果測(cè)量所需時(shí) 間遠(yuǎn)大于激光功率的平均振蕩周期，則激光功率的振蕩對(duì)結(jié)果的影響是可以忽略 的；反之，如果測(cè)量所需時(shí)間與激光功率的平均振蕩周期相當(dāng)或更小，就必須考 慮因激光功率的振蕩對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響，否則測(cè)量值將較真實(shí)值偏大或偏 小。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，凡是利用激光束的瞬態(tài)測(cè)量，考慮其功率振蕩都會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更 為精確。6 5 0 n m半導(dǎo)體激光器的平均振蕩周期在微秒(//S)量級(jí)，氣溶膠顆粒通過(guò)光束的時(shí)間也在微秒量級(jí)，功率振蕩對(duì)測(cè)量值的影響需要加以校正。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置。通過(guò)本裝置抽檢約4 %的 光束功率來(lái)探知激光總功率的波動(dòng)情況，可以為激光功率的控制提供依據(jù)。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于包括有保護(hù)套，所述的保護(hù)套內(nèi)有反 射筒，所述的保護(hù)套與反射筒內(nèi)壁均經(jīng)過(guò)粗糙化發(fā)黑處理，所述的保護(hù)套側(cè)壁上 安裝有擴(kuò)束鏡，所述的擴(kuò)束鏡前方的光路中，在反射筒的兩側(cè)壁上分別安裝有光 闌，在保護(hù)套上有開(kāi)孔，所述的反射筒側(cè)壁上的兩個(gè)光闌之間傾斜安裝有單面增透光學(xué)玻璃，所述的單面增透光學(xué)玻璃的出射激光束面鍍?cè)鐾改?，單面增透光學(xué) 玻璃的反射光路中，有安裝于反射筒內(nèi)的凸透鏡，所述的凸透鏡焦點(diǎn)位于安裝在 反射筒內(nèi)的釆樣光纖的端口 。所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的采樣光纖的端口上安裝有微凸透鏡，位于凸透鏡焦點(diǎn)處。所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的單面增透玻璃安裝于螺 桿端部，所述的螺桿安裝于保護(hù)套與反射筒頂部的螺孔內(nèi)，螺桿下端伸入到反射 筒內(nèi)。所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的在保護(hù)套上的開(kāi)孔上安 裝有光闌。所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的光闌為圓孔光闌，其中 有圓錐形通光孔，孔徑為0. 2-3mm,所述的位于單面增透光學(xué)玻璃后的反射筒側(cè) 壁上的光闌，其孔徑大于位于保護(hù)套與單面增透光學(xué)玻璃前的光闌孔徑。所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的保護(hù)套與反射筒均為方 形箱體。測(cè)量原理光電轉(zhuǎn)換器件主要是利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電倍增管可以 將較弱光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓值，通過(guò)測(cè)量電壓的實(shí)時(shí)值，即可獲得激光功率隨時(shí)間的變化情況。用P表示激光功率平均值對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電壓，巧激光功率瞬時(shí)值對(duì) 應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換電壓，通常情況下P^K,而是藝KP = }或P = ^^ 。f 2 f2》 (W(='' J本發(fā)明所述裝置的原理實(shí)質(zhì)上是利用少量抽檢光的光電轉(zhuǎn)換電壓反映激光 束總功率隨時(shí)間的變化。采樣光纖所收集到的光線中可能有少量的環(huán)境光成分， 不過(guò)實(shí)驗(yàn)條件下環(huán)境光在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的，由環(huán)境光帶來(lái)的影響也是穩(wěn)定 的。才艮據(jù)光的獨(dú)立作用原理，激光器關(guān)閉條件下，該裝置的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備得到的是環(huán)境光對(duì)應(yīng)的電壓值，在數(shù)據(jù)處理中，應(yīng)將這一部分扣除。如果^為所要獲 得的數(shù)據(jù)值，用、表示粒子散射光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的電壓測(cè)量值，則式中(為光纖出射光對(duì)應(yīng)的電壓平均值，V,為光纖出射光對(duì)應(yīng)的電壓實(shí)時(shí)值，ve為所測(cè)電壓中環(huán)境光所對(duì)應(yīng)的部分。如果環(huán)境光所對(duì)應(yīng)的電壓比例極小，如實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行或環(huán)境光極弱等， 則上述公式可以簡(jiǎn)化為上述^值即為所要得到的可用于數(shù)據(jù)處理的值，該值較&更為準(zhǔn)確的反映了散 射光的強(qiáng)度分布。所述裝置用硬鋁制作，主要包括保護(hù)套、反射筒、擴(kuò)束鏡和采樣光纖，其中 反射筒含有單面增透光學(xué)玻璃和凸透鏡，保護(hù)套和反射筒之間貫穿調(diào)節(jié)單面增透 光學(xué)玻璃的定位螺絲。1. 保護(hù)套、反射筒和擴(kuò)束鏡支架的加工保護(hù)套、反射筒和擴(kuò)束鏡支架均用硬鋁制作。保護(hù)套、反射筒均為空心長(zhǎng)方柱狀體，保護(hù)套外圍長(zhǎng)、寬、高分別為80mm、 80mm、 120mm，壁厚5mm;反射筒 外圍長(zhǎng)、寬、高分別為50mm、 50mm和100mm,壁厚3mm。擴(kuò)束鏡支架為圓筒狀結(jié) 構(gòu)，外部直徑為50mm，內(nèi)部直徑根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)，本裝置的擴(kuò)束鏡擴(kuò)束比例 為3: 1，大小凸透鏡對(duì)應(yīng)的擴(kuò)束鏡支架的壁厚分別為2mm和6隱。2. 圓孔光闌的制作為盡量減小光線之間的干涉，將圓孔光闌加工成圓錐狀結(jié)構(gòu)，選用硬鋁制作。 選擇合適的錐度角以使圓孔光闌的反射光打到器壁上。制作一批不同孔徑的圓孔 光闌，以適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)要求，本裝置配備的圓孔光闌的孔徑包括0. 2mm、0. 4mm、 0. 6mm、 0. 8mm、 1. 0咖、1. 5mm、 2. Omm、 3mm。3. 單面增透光學(xué)玻璃的處理和凸透鏡的選擇保證光學(xué)玻璃的上下兩面平行且光潔度高。本裝置的單面增透光學(xué)玻璃需要鍍650nm增透膜以配合所探測(cè)激光；凸透鏡焦距為20mm。4. 光纖收集效率的提高為提高光纖的收集效率，在其接收端安裝了微凸透鏡，使光纖的收集面積擴(kuò) 大到原來(lái)的IO倍左右。5. 組裝與4交準(zhǔn)為減小自然光和雜散光的干擾，該裝置中由硬鋁制作的部分均做粗糙化發(fā)黑 處理。在組裝過(guò)程中，密封保護(hù)套與圓孔光闌、擴(kuò)束鏡支架的接口處；保證與擴(kuò) 束鏡靠近的圓孔光闌的反射光不進(jìn)入擴(kuò)束鏡，而全部反射到器壁上被吸收掉。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、 使用方便，將擴(kuò)束鏡迎著光束放置且光闌軸線與光束軸線重合即可；2、 減小光束發(fā)散角，改善光束質(zhì)量；3、 不影響光束工作的前提下實(shí)現(xiàn)激光能量的實(shí)時(shí)測(cè)定。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，包括有保護(hù)套l,所述的方形箱式保護(hù)套l內(nèi)有反 射筒2,所述的保護(hù)套1與反射筒2內(nèi)壁均經(jīng)過(guò)粗糙化發(fā)黑處理，所述的保護(hù)套 1側(cè)壁上安裝有擴(kuò)束鏡3,所述的擴(kuò)束鏡3前方的光路中，在反射筒2的兩側(cè)壁 上分別安裝有光闌4、 5，在保護(hù)套l上有開(kāi)孔中安裝有光闌6，所述的反射筒2 側(cè)壁上的兩個(gè)光闌4、 5之間傾斜安裝有單面增透光學(xué)玻璃7,所述的單面增透 光學(xué)玻璃7的出射激光束面鍍?cè)鐾改ぃ瑔蚊嬖鐾腹鈱W(xué)玻璃7的反射光路中，有安 裝于反射筒內(nèi)的凸透鏡8，所述的凸透鏡8焦點(diǎn)位于安裝在反射筒2內(nèi)的釆樣光 纖9的端口 ，采樣光纖9的端口上安裝有微凸透鏡10。反射筒2外壁和保護(hù)套1內(nèi)壁保持平行，保證圓孔光闌4、 5、 6和擴(kuò)束鏡3 的軸線重合。旋轉(zhuǎn)定位螺絲ll，令附在其底端45。斜面上的單面增透光學(xué)玻璃7 垂直于反射筒2的前后兩平面，從而使得反射光垂直于反射筒2的底面。調(diào)節(jié)凸 透鏡10和采樣光纖9接收端的位置，使其焦點(diǎn)和采樣光纖9的接收端口重合。從擴(kuò)束鏡方向看存在4、 5、 6三個(gè)圓孔光闌，為了使反射筒2內(nèi)不出現(xiàn)由于 光闌的存在而導(dǎo)致的散射光線，通常處于圓孔光闌5的口徑較其他兩個(gè)圓孔光闌稍大。將激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置安放于激光束的傳播方向上，使得激光束由擴(kuò)束鏡 3—側(cè)進(jìn)入。將單面增透光學(xué)玻璃7未鍍?cè)鐾改さ囊幻嬗す馐?，光束直徑?jīng) 擴(kuò)束鏡3后擴(kuò)大為原來(lái)的3倍，光束的發(fā)散角減小，更加接近理想的平面波。選 擇合適圓孔光闌使得光束的中心部分光進(jìn)入反射筒2,高達(dá)96%以上的光束穿過(guò) 單面增透光學(xué)玻璃7，用于實(shí)驗(yàn)，低于4 %的光束被單面增透光學(xué)玻璃7的反射 面反射并由凸透鏡8匯聚于采樣光纖9的接收端。微調(diào)采樣光纖9接收端的位置使其處于凸透鏡8的焦點(diǎn)上，收集的光線經(jīng)光 纖傳出，由于激光束的能量波動(dòng)范圍不大，因此選擇光電裝換設(shè)備的主要標(biāo)準(zhǔn)是 測(cè)量下限，本發(fā)明選擇的是高靈敏的光電倍增管。
權(quán)利要求
1、激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于包括有保護(hù)套，所述的保護(hù)套內(nèi)有反射筒，所述的保護(hù)套與反射筒內(nèi)壁均經(jīng)過(guò)粗糙化發(fā)黑處理，所述的保護(hù)套側(cè)壁上安裝有擴(kuò)束鏡，所述的擴(kuò)束鏡前方的光路中，在反射筒的兩側(cè)壁上分別安裝有光闌，在保護(hù)套上有開(kāi)孔，所述的反射筒側(cè)壁上的兩個(gè)光闌之間傾斜安裝有單面增透光學(xué)玻璃，所述的單面增透光學(xué)玻璃的出射激光束面鍍?cè)鐾改?，單面增透光學(xué)玻璃的反射光路中，有安裝于反射筒內(nèi)的凸透鏡，所述的凸透鏡焦點(diǎn)位于安裝在反射筒內(nèi)的采樣光纖的端口。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的采樣光 纖的端口上安裝有微凸透鏡，位于凸透鏡焦點(diǎn)處。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的單面增 透玻璃安裝于螺桿端部，所述的螺桿安裝于保護(hù)套與反射筒頂部的螺孔內(nèi)， 螺桿下端伸入到反射筒內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的在保護(hù) 套上的開(kāi)孔上安裝有光闌。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的光闌為 圓孔光闌，其中有圓錐形通光孔，孔徑為0. 2-3mm，所述的位于單面增透光 學(xué)玻璃后的反射筒側(cè)壁上的光闌，其孔徑大于位于保護(hù)套與單面增透光學(xué)玻 璃前的光闌孔徑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于所述的保護(hù)套 與反射筒均為方形箱體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置。激光功率動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置，其特征在于包括有保護(hù)套，所述的保護(hù)套內(nèi)有反射筒，所述的保護(hù)套與反射筒內(nèi)壁均經(jīng)過(guò)粗糙化發(fā)黑處理，所述的保護(hù)套側(cè)壁上安裝有擴(kuò)束鏡，所述的擴(kuò)束鏡前方的光路中，在反射筒的兩側(cè)壁上分別安裝有光闌，在保護(hù)套上有開(kāi)孔，所述的反射筒側(cè)壁上的兩個(gè)光闌之間傾斜安裝有單面增透光學(xué)玻璃，單面增透玻璃與光束成45°夾角，96％以上的光束能量沿原光路傳輸，低于4％的光束能量被反射到與激光束平行且相隔一定距離的凸透鏡上，在凸透鏡的下方焦點(diǎn)處，設(shè)置一采樣光纖，會(huì)聚后的反射光束經(jīng)光纖傳出，進(jìn)入光電倍增管即可獲得激光功率的動(dòng)態(tài)變化情況。
文檔編號(hào)G01J1/42GK101281058SQ200810100560
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者姚永幫, 邵士勇, 饒瑞中, 黃印博 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所