[發明專利]基于時間相關單光子計數技術的半透明材料輻射物性測量方法

有效

• 申請號: 201410418533.1
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104181128A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 張彪;齊宏;賈騰;阮立明;談和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

1.基于時間相關單光子計數技術的半透明材料輻射物性測量方法，其特征在于：該方法通過以下裝置實現，所述裝置包括皮秒激光觸發器(1)、激光頭(2)、光纖耦合器(3)、光路準直系統(4)、雪崩光電二極管(5)、信號反轉器(6)、脈寬整形器(7)、時間相關單光子計數模塊(8)和個人電腦(9)；皮秒激光觸發器(1)的一端通過電纜與脈寬整形器(7)的一端連接，皮秒激光觸發器(1)的另一端通過電纜與激光頭(2)的一端連接，光纖耦合器(3)設置在激光頭(2)的另一端上，光纖耦合器(3)的輸出端口通過光纖與光路準直系統(4)的入射端連接，光路準直系統(4)的出射端通過光纖與雪崩光電二極管(5)的一端連接，雪崩光電二極管(5)的另一端通過電纜與信號反轉器(6)的一端連接，信號反轉器(6)的另一端與時間相關單光子計數模塊(8)的START端口連接，脈寬整形器(7)的另一端與時間相關單光子計數模塊(8)的SYNC端口連接，時間相關單光子計數模塊(8)設置在個人電腦(9)的內部；

所述方法包括以下步驟：

步驟一、將皮秒激光觸發器(1)、雪崩光電二極管(5)和時間相關單光子計數模塊(8)通電預熱半個小時以上，然后打開皮秒激光觸發器(1)，選擇一個重復頻率，讓激光頭(2)輸出脈沖激光；

步驟二、將試件放置在光路準直系統(4)的夾具上，調整皮秒激光觸發器(1)的輸出功率，當時間相關單光子計數模塊(8)上顯示的計數率在激光重復頻率的1/100，記錄測量得到的時間擴展曲線和相應的測點位置；

步驟三、保持激光的重復頻率和輸出功率不變，對接光源光纖和探測光纖，測量得到脈沖激光的系統響應函數和時間延遲，利用測量得到的時間延遲對步驟二中測量得到的時間擴展曲線進行時間校正，并對時間擴展曲線進行歸一化，得到試件表面的半球透射或者反射信號，將該反射信號作為半透明材料輻射物性，完成對半透明材料輻射物性的測量。

2.根據權利要求1所述的基于時間相關單光子計數技術的半透明材料輻射物性測量方法，其特征在于：根據步驟二測量得到的時間擴展曲線和相應的測點位置，按照有限體積法計算并聯立半透明邊界條件和三維非穩態輻射傳遞方程，代入試件的幾何尺寸、測量位置、脈沖激光的系統響應函數、輻射物性參數即可求出測量位置上得到的半球透射信號或者反射信號的估計值；

邊界條件為：

Iw(Ω)=ρπ∫2πIw(Ω′)·|cosθ′|·dΛ---(1)]]>

式中：I_w表示壁面上輻射強度；

Ω表示由環境側指向介質側的方向；

Ω′表示由介質側指向環境側的方向；

θ′表示投射方向與壁面法向的夾角；

Λ表示天頂角大小；

ρ表示邊界上的反射率，它由下式近似得到：

ρ=12+(3n+1)(n-1)6(n+1)2+n2(n2-1)2(n2+1)3ln(n-1n+1)-2n3(n2+2n-1)(n2+1)(n4-1)+8n4(n4+1)(n2+1)(n4-1)2ln(n)---(2)]]>

式中：n表示介質折射率；

三維非穩態輻射傳遞方程為：

nc0∂I(r,s,t)∂t+∂I(r,s,t)∂Z=-βI(r,s,t)+κn2Ib(r,t)+σs4π∫4πI(r,s′,t)·Φ(s,s′)dΛ---(3)]]>

式中：c₀表示真空中光速；

I表示輻射強度大小；

r表示介質的位置向量；

s表示輻射強度的方向；

t表示時間；

Ζ表示距離；

κ表示介質的吸收系數；

σ_s表示介質的散射系數；

β表示介質的衰減系數；

I_b表示介質的本身輻射強度；

s′表示與s不同的輻射強度方向；

Φ表示散射相函數。