[發(fā)明專利]一種測量激光工作介質(zhì)散射系數(shù)與吸收系數(shù)的裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110368932.8
• 申請日: 2011-11-18
• 公開（公告）號: CN102890071A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許祖彥;申玉;薄勇;宗楠;彭欽軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/31
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光工作介質(zhì)表征與評估領(lǐng)域，特別涉及一種測量激光工作介質(zhì)散射系數(shù)與吸收系數(shù)的裝置。

背景技術(shù)

自1960年世界上第一臺激光器誕生以來，各類激光器及激光技術(shù)的發(fā)展極為迅速。激光技術(shù)在各個領(lǐng)域，特別是科學(xué)研究以及國防建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)及社會發(fā)展的重要支柱之一。其中激光二極管泵浦的固體激光器(laser?diode?pumped?solid?state?laser，LDPSSL或DPL)，即全固態(tài)激光器憑借其體積小和重量輕的特點發(fā)展尤為突出，在材料加工、軍事與醫(yī)學(xué)等方面呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

在全固態(tài)激光技術(shù)及其相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展中，固體激光工作物質(zhì)的開發(fā)和選取是研究基礎(chǔ)和先導(dǎo)，高性能的激光工作介質(zhì)對于產(chǎn)生高性能的激光輸出具有決定性的作用。損耗是評價激光工作介質(zhì)激光性能的重要參數(shù)，直接影響其激光輸出特性，激光工作介質(zhì)的損耗主要分為兩部分：散射損耗與吸收損耗。散射損耗由激光工作介質(zhì)內(nèi)部的缺陷(如氣孔、晶界等)引起；吸收損耗由激光工作介質(zhì)中雜質(zhì)離子的吸收引起；損耗系數(shù)為定量評價樣品損耗大小的參數(shù)，為了揭示引起材料損耗的原因，改進其制備方案降低損耗，需要定量測量材料的損耗系數(shù)，由于總損耗系數(shù)不能區(qū)分造成損耗的具體原因，因此需要分別測試其散射系數(shù)與吸收系數(shù)。目前激光工作介質(zhì)的損耗測量方法可分為三種：吸收系數(shù)測量、總損耗系數(shù)測量，以及散射系數(shù)與吸收系數(shù)測量，其中前兩種方法能評價材料的吸收特性或總損耗，但均不能全面的評價材料的損耗特性，為此我們曾研制了一臺能實現(xiàn)散射系數(shù)與吸收系數(shù)測量的損耗測量儀器²，即上述第三種損耗測量方法。該方法能測量樣品的散射系數(shù)與吸收系數(shù)，從而能定量、全面的評價材料的散射性能與吸收性能，不足之處為：利用單一脈沖激光測試樣品的散射率與透過率，透過率測量誤差較大；并且理論計算過程未考慮激光工作介質(zhì)端面對泵浦光的菲涅爾損耗，利用泵浦光在材料內(nèi)部單程傳輸近似計算散射系數(shù)與吸收系數(shù)，精確度較低。本發(fā)明考慮材料端面菲涅爾損耗以及測試激光在樣品內(nèi)部多次反射與吸收的復(fù)雜情況精確推導(dǎo)了樣品散射系數(shù)與吸收系數(shù)的精確計算公式，為了提高測量精度本發(fā)明將測試激光器由原有的單一脈沖激光器改為可選擇輸出連續(xù)激光或脈沖激光的可調(diào)激光器，利用高穩(wěn)定性連續(xù)波激光與高峰值功率的脈沖激光分別測量樣品的透過率和散射率。

與現(xiàn)有損耗系數(shù)測量方法相比，本發(fā)明能測量激光工作介質(zhì)散射系數(shù)與吸收系數(shù)，精確度高，能更好的表征激光工作介質(zhì)的光學(xué)性能，從而為激光工作介質(zhì)制備方法及參數(shù)的改進等提供重要參考。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有激光工作介質(zhì)損耗測量技術(shù)的不足，提供一種能精確測量激光工作介質(zhì)散射系數(shù)與吸收系數(shù)的裝置，本發(fā)明精確推導(dǎo)了散射系數(shù)與吸收系數(shù)的計算公式，利用高穩(wěn)定性的連續(xù)波激光和高峰值功率的脈沖激光分別測量激光工作介質(zhì)的總透過率與總散射率，從而提高了測量精度。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供的一種測量激光材料散射系數(shù)與吸收系數(shù)的裝置，包括測試激光器1、積分球2、光電探測器3與示波器4。如圖1所示，積分球為一支撐架固定支撐的內(nèi)壁涂有白色漫反射材料層的空腔球體；該空腔球體的球壁上設(shè)有透過球壁的入光孔、出光孔和探測孔三個圓孔；所述入光孔及出光孔分別位于所述積分球左側(cè)球壁和右側(cè)球壁上，所述入光孔和出光孔的中心連線為水平線，并且穿過所述積分球球心；

所述測試激光器1和激光功率計7分別置于所述入光孔外側(cè)和出光孔外側(cè)；

所述光電探測器3位于所述探測孔外側(cè)，并與探測孔相連；