一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置的制造方法
【專利說明】一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及激光激發(fā)熱波檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]激光激發(fā)熱波技術(shù)是一種有效的檢測手段，具有靈敏度高、非接觸式、測量方式多樣等特點(diǎn)，可用于不同材料特性的檢測分析(包括材料的吸收特性、熱物理特性、缺陷等)。對激光激發(fā)熱波信號進(jìn)行檢測的一種常用的檢測方式是:當(dāng)栗浦激光與材料相互作用并激發(fā)產(chǎn)生熱波信號后，用一束較弱的探測激光也經(jīng)過材料中產(chǎn)生熱波信號的區(qū)域，探測激光光束可以和栗浦激光光束有一定夾角，也可以是同軸的。
[0005]當(dāng)探測激光通過栗浦激光激發(fā)產(chǎn)生的熱波信號區(qū)域時(shí)，其空間傳播特性將會發(fā)生變化，產(chǎn)生新增的會聚或發(fā)散效應(yīng)。通過檢測出射探測激光的會聚或發(fā)散特性的變化，就可以獲得產(chǎn)生熱波信號區(qū)域的材料特性。對探測激光空間傳播特性的變化的檢測通常可以通過在出射探測激光光路中的適當(dāng)位置加入一個(gè)空間濾波器來進(jìn)行，空間濾波器允許部分探測激光能量進(jìn)入光電探測器。
[0006]目前常用的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置中，一般栗浦激光光束和探測激光光束是分別經(jīng)過各自獨(dú)立的光路系統(tǒng)后作用到樣品上。各自的光路系統(tǒng)中包含了一系列的光束偏轉(zhuǎn)、光束整形、光束聚焦以及探測單元等元器件，從而導(dǎo)致裝置結(jié)構(gòu)繁瑣、體積龐大、價(jià)格昂貴，不利于攜帶搬運(yùn)，極大地限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，利用光纖本身芯徑很小，具有空間濾波能力這一特性，同時(shí)結(jié)合光學(xué)聚焦透鏡的色差特性，來實(shí)現(xiàn)對激光激發(fā)熱波信號的檢測，從而使得整個(gè)檢測裝置的結(jié)構(gòu)大大簡化，可以解決目前光熱檢測裝置器件繁瑣、體積龐大、價(jià)格昂貴、不利于攜帶搬運(yùn)的問題。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，包括栗浦激光光源、探測激光光源和第一聚焦透鏡;所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置;所述探測激光光源，用于輸出探測激光光束，所述探測激光光束通過第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置;所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處;所述第一聚焦透鏡，還用于收集從樣品反射的探測激光光束，所述從樣品反射的探測激光光束經(jīng)過第一聚焦透鏡收集后，再通過第三光纖進(jìn)入光電探測器。
[0010]一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，包括栗浦激光光源、探測激光光源、第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡;所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置;所述探測激光光源，用于輸出探測激光光束，所述探測激光光束通過第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置;所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處;所述第二聚焦透鏡，用于收集從樣品透射的探測激光光束，所述從樣品透射的探測激光光束經(jīng)過第二聚焦透鏡收集后，再通過第三光纖進(jìn)入光電探測器。
[0011]所述的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，所述第三光纖與光電探測器之間設(shè)有濾光裝置。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明利用光纖來傳輸栗浦激光光束和探測激光光束，并且利用同一個(gè)聚焦透鏡來會聚這兩束光，在探測端也利用光纖來接收由樣品反射或透射的探測激光光束，使得整個(gè)光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，可以實(shí)現(xiàn)儀器的微型化、便攜式，大大節(jié)約了儀器成本，有利于激光激發(fā)熱波檢測技術(shù)的推廣應(yīng)用。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(反射模式)；
圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(透射模式)；
圖3是本發(fā)明所述的光纖輸入端相當(dāng)于空間濾波器的原理圖，其中，圖3(a)對應(yīng)反射模式，圖3(b)對應(yīng)透射模式。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0017]如圖1所示，一種反射模式的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，包括栗浦激光光源1、探測激光光源2和第一聚焦透鏡41。栗浦激光光源I輸出的栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖31入射到第一聚焦透鏡41的中心位置;探測激光光源2輸出的探測激光光束通過第二光纖32入射到第一聚焦透鏡41的邊緣位置;第一聚焦透鏡41將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品5上的同一區(qū)域，樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦平面處;第一聚焦透鏡41還收集從樣品5反射的探測激光光束，從樣品5反射的探測激光光束經(jīng)過第一聚焦透鏡41收集后，再通過第三光纖33和濾光裝置6進(jìn)入光電探測器7。
[0018]如圖2所示，一種透射模式的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，包括栗浦激光光源1、探測激光光源2、第一聚焦透鏡41和第二聚焦透鏡42。栗浦激光光源I輸出的栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖31入射到第一聚焦透鏡41的中心位置;探測激光光源2輸出的探測激光光束通過第二光纖32入射到第一聚焦透鏡41的邊緣位置;第一聚焦透鏡41將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品5上的同一區(qū)域，樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦平面處；第二聚焦透鏡42收集從樣品5透射的探測激光光束，從樣品5透射的探測激光光束經(jīng)過第二聚焦透鏡42收集后，再通過第三光纖33和濾光裝置6進(jìn)入光電探測器7。
[0019]本發(fā)明的各模塊按次序依次連接在一起。第三光纖33的輸入端相當(dāng)于空間濾波器，目的是使光電探測器7僅接收由于樣品5熱形變產(chǎn)生的探測激光傳播特性的變化。濾光裝置6的作用是濾掉除探測激光以外的雜散光。光電探測器7接收的激光激發(fā)熱波信號經(jīng)過信號檢測裝置之后再通過串口線等連接方式，將熱波信號傳輸給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過信號分析和處理即可得到樣品5的激光激發(fā)熱波信號特性。
[0020]本發(fā)明的工作原理:
栗浦激光光束和探測激光光束分別經(jīng)第一光纖31、第二光纖32傳輸?shù)降谝痪劢雇哥R41上不同位置，其中栗浦激光光束位于中心位置，探測激光光束位于邊緣位置，栗浦激光光束和探測激光光束具有不同波長。由于第一聚焦透鏡41本身的會聚性能，栗浦激光光束和探測激光光束會被會聚到同一點(diǎn)；測量時(shí)，將樣品5放置于第一聚焦透鏡41的焦點(diǎn)位置。從樣品5反射的探測激光光束再經(jīng)由第一聚焦透鏡41收集，并由第三光纖33接收；從樣品5透射的探測激光光束經(jīng)由第二聚焦透鏡42收集，并由第三光纖33接收。
[0021]如圖3所示，光纖結(jié)構(gòu)由外而內(nèi)依次為涂覆層301、包層302和纖芯303。由于纖芯303比較細(xì)，通常從幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米，大大小于探測激光光斑的尺寸，因此，當(dāng)采用第三光纖33接收探測激光光束時(shí)，第三光纖33本身就相當(dāng)于一個(gè)空間濾波器，只讓部分探測激光信號進(jìn)入到第三光纖33內(nèi)。光電探測器7對經(jīng)過第三光纖33傳輸?shù)奶綔y激光信號進(jìn)行探測，從而實(shí)現(xiàn)對激光激發(fā)熱波信號的檢測。
[0022]在這種利用弱探測激光對激光激發(fā)熱波信號進(jìn)行檢測的技術(shù)中，照射到樣品5上的栗浦激光光斑和探測激光光斑之間的尺寸比例極大地影響檢測靈敏度。在本發(fā)明中，這一點(diǎn)可以利用第一聚焦透鏡41本身的色差特性來保證。由于第一聚焦透鏡41本身的色差特性，在其焦點(diǎn)位置栗浦激光光斑和探測激光光斑的尺寸并不一致?？梢酝ㄟ^選擇合適的波長和透鏡參數(shù)，使得栗浦激光光斑和探測激光光斑之間的尺寸比例滿足一定的關(guān)系，從而達(dá)到最優(yōu)的檢測效果。
[0023]以上所述實(shí)施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，其特征在于:包括栗浦激光光源、探測激光光源和第一聚焦透鏡； 所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置； 所述探測激光光源，用于輸出探測激光光束，所述探測激光光束通過第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置； 所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處； 所述第一聚焦透鏡，還用于收集從樣品反射的探測激光光束，所述從樣品反射的探測激光光束經(jīng)過第一聚焦透鏡收集后，再通過第三光纖進(jìn)入光電探測器。2.一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，其特征在于:包括栗浦激光光源、探測激光光源、第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡； 所述栗浦激光光源，用于輸出栗浦激光光束，所述栗浦激光光束經(jīng)過調(diào)制后通過第一光纖入射到第一聚焦透鏡的中心位置； 所述探測激光光源，用于輸出探測激光光束，所述探測激光光束通過第二光纖入射到第一聚焦透鏡的邊緣位置； 所述第一聚焦透鏡，用于將以不同入射點(diǎn)入射的栗浦激光光束和探測激光光束會聚到樣品上的同一區(qū)域，所述樣品放置于第一聚焦透鏡的焦平面處； 所述第二聚焦透鏡，用于收集從樣品透射的探測激光光束，所述從樣品透射的探測激光光束經(jīng)過第二聚焦透鏡收集后，再通過第三光纖進(jìn)入光電探測器。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，其特征在于:所述第三光纖與光電探測器之間設(shè)有濾光裝置。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光纖傳感的激光激發(fā)熱波信號檢測裝置，包括泵浦激光光源、探測激光光源、聚焦透鏡和光纖。本發(fā)明利用光纖來傳輸泵浦激光光束和探測激光光束，并且利用同一個(gè)聚焦透鏡來會聚這兩束光，在探測端也利用光纖來接收由樣品反射或透射的探測激光光束，使得整個(gè)光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，可以實(shí)現(xiàn)儀器的微型化、便攜式，大大節(jié)約了儀器成本，有利于激光激發(fā)熱波檢測技術(shù)的推廣應(yīng)用。
【IPC分類】G01N21/17
【公開號】CN105510234
【申請?zhí)枴緾N201511012704
【發(fā)明人】李冰冰, 陳堅(jiān), 董敬濤, 吳周令
【申請人】合肥知常光電科技有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月31日