[實用新型]一種采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置

有效

• 申請號: 201320867284.5
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN203643336U
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 陳堅;吳令奇;吳周令
• 申請（專利權）人: 無錫利弗莫爾儀器有限公司
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

技術領域

本實用新型涉及光熱檢測技術領域，具體是一種采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置。

背景技術

激光誘導光熱技術（Laser-induced?photo?thermal?technique）因為其高靈敏度、高分辨率、非接觸式等特點，常被用來對各類材料的光熱特性、特別是透明光學材料的微弱吸收特性進行分析和檢測。

光熱技術的基本原理是：一束較強的激光（泵浦光）經過材料，材料會因吸收光能量而導致局部溫度升高，從而引起材料的局部物理特性發生改變，例如折射率變化、產生熱形變等。在泵浦光一定的情況下，這些物理特性的變化與材料本身的吸收特性是相關的。通過對這些物理特性變化的檢測可以獲得材料的吸收特性。光熱技術中常用的檢測方法是用另一束較弱的激光束（探測光）經過泵浦光在材料上的照射區域，由于泵浦光照射而引起的光熱效應，探測光束的光束特性會發生相應的變化，通過對這種變化的檢測來獲得該區域的材料特性。常見的有光熱偏轉技術，即因為光熱效應引起探測光傳播方向發生變化；光熱透鏡技術，即光熱效應引起探測光產生新增的會聚或發散，類似增加了一個“透鏡”。

在利用光熱檢測技術對材料吸收特性進行檢測分析時，由于光熱效應所引起的探測光束特性的變化量往往比較小，甚至小于探測光束本身的噪聲波動，因此一般需要利用鎖相放大技術來進行檢測。通過對泵浦光進行周期性的調制，并以此調制信號作為鎖相放大器的參考信號，利用鎖相放大器來探測目標信號。采用這種方法，大大抑制探測光束本身的噪聲以及外部環境噪聲等對測量結果的影響，可以獲得比較好的檢測靈敏度。

但是，這種方法在實際應用中還存在一些問題：首先，泵浦光路的噪聲沒有消除，包括泵浦光本身的光路波動引起的噪聲以及泵浦光在與材料相互作用時激發產生的散射光、熒光等。由于泵浦光本身受到了調制，這些噪聲源也相應地受到了調制，有時會對檢測結果產生很大的干擾，影響檢測結果的準確性。其次，一般激光器的噪聲與調制信號頻率的關系遵循1/f的規律，調制信號頻率越高，對應的噪聲就越小。理論上，采用高頻信號調制可以大大抑制噪聲，但是對光熱技術來說，光熱效應的激發產生需要一定的時間過程，如果泵浦光的調制信號頻率過高，會導致有效的光熱信號大大降低。因此，一般采用較低的調制信號頻率對泵浦光進行調制，通常在幾十赫茲左右。在低調制信號頻率下，噪聲比較大，將會影響整個檢測過程的靈敏度。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，改善光熱吸收檢測的信噪比，提高檢測的靈敏度。

本實用新型的技術方案為：

一種采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，包括分別與被測樣品光路連接的泵浦光源、探測光源和光電探測器，所述光電探測器連接有鎖相檢測單元，所述泵浦光源與被測樣品之間設有泵浦光調制裝置，所述探測光源與被測樣品之間設有探測光調制裝置，所述鎖相檢測單元由第一鎖相放大器和第二鎖相放大器組成；所述探測光調制裝置的調制信號頻率用于第一鎖相放大器的參考信號頻率，所述泵浦光調制裝置的調制信號頻率用于第二鎖相放大器的參考信號頻率；所述光電探測器的輸出端與第一鎖相放大器的輸入端連接，所述第一鎖相放大器的輸出端與第二鎖相放大器的輸入端連接，所述第二鎖相放大器的輸出端與數據采集終端連接。

所述的采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，所述泵浦光調制裝置和探測光調制裝置選用光調制器或者斬波器。

所述的采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，所述探測光調制裝置與被測樣品之間設有探測光第一會聚裝置，所述被測樣品與光電探測器之間依次設有探測光第二會聚裝置、探測光高反射鏡、探測光濾光裝置、探測光分光裝置和空間濾波器；所述探測光分光裝置的反射光路上設有探測光功率探測裝置。

所述的采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，所述泵浦光源與泵浦光調制裝置之間設有泵浦光分光裝置，所述泵浦光分光裝置的反射光路上設有泵浦光功率探測裝置。

所述的采用級聯鎖相檢測的光熱檢測裝置，所述泵浦光調制裝置與被測樣品之間設有泵浦光會聚裝置，所述被測樣品的后端設有泵浦光吸收裝置。

由上述技術方案可知，本實用新型通過對泵浦光和探測光分別進行調制并采用級聯的鎖相檢測單元進行檢測，與單調制的情況相比，大大降低了檢測到的噪聲，提高了檢測過程的靈敏度和檢測結果的準確性。

附圖說明

圖1是本實用新型的裝置結構示意圖；

圖2是現有技術中采用單調制鎖相檢測的原理示意圖；

圖3是本實用新型采用雙調制級聯鎖相檢測的原理示意圖。