[發(fā)明專利]基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的半透明材料輻射物性測量方法

有效

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• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104181128A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張彪;齊宏;賈騰;阮立明;談和平
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(wù)所 23109
• 代理人: 張宏威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料物性測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

半透明材料的輻射物性參數(shù)是對輻射傳輸過程進行分析、設(shè)計和優(yōu)化的基礎(chǔ)，對材料物性的準確測量具有很關(guān)鍵的意義。在很多情況下，輻射物性參數(shù)不能夠直接測量，傳統(tǒng)的直接測量方法得到的大多是測量試件的等效物性，而非材料的真實物性，實驗結(jié)果的用途有限，精確的測量通常需要通過反演的方法得到，即通過測量邊界上的透射或者反射信號來反演介質(zhì)內(nèi)部的輻射物性參數(shù)。

在利用反演的方法測量半透明介質(zhì)的輻射物性的方法中，相對于穩(wěn)態(tài)測量來說，非穩(wěn)態(tài)測量由于能夠提供較多的介質(zhì)信息，具有很高的信噪比、靈敏度以及時間分辨率，在半透明介質(zhì)物性測量中具有廣闊的應(yīng)用前景。由于強光可能會對樣品產(chǎn)生破壞，并且考慮到實驗人員的操作安全性，在很多的實驗中盡可能的使用弱激光光源，很多情況下需要使用光電流強度比室溫下的熱噪聲水平還要低的光源。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決傳統(tǒng)輻射物性參數(shù)的測量物件測量過程中存在信噪比低、動態(tài)范圍小的問題，從而提供了一種基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的半透明材料輻射物性測量方法。

基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的半透明材料輻射物性測量方法，該方法通過以下裝置實現(xiàn)，所述裝置包括皮秒激光觸發(fā)器1、激光頭2、光纖耦合器3、光路準直系統(tǒng)4、雪崩光電二極管5、信號反轉(zhuǎn)器6、脈寬整形器7、時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8和個人電腦9；皮秒激光觸發(fā)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(fā)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(shè)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(tǒng)4的入射端連接，光路準直系統(tǒng)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(zhuǎn)器6的一端連接，信號反轉(zhuǎn)器6的另一端與時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8的START端口連接，脈寬整形器7的另一端與時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8的SYNC端口連接，時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8設(shè)置在個人電腦9的內(nèi)部；

所述方法包括以下步驟：

步驟一、將皮秒激光觸發(fā)器1、雪崩光電二極管5和時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8通電預(yù)熱半個小時以上，然后打開皮秒激光觸發(fā)器1，選擇一個重復(fù)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(tǒng)4的夾具上，調(diào)整皮秒激光觸發(fā)器1的輸出功率，當時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8上顯示的計數(shù)率在激光重復(fù)頻率的1/100，記錄測量得到的時間擴展曲線和相應(yīng)的測點位置；

步驟三、保持激光的重復(fù)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(tǒng)響應(yīng)函數(shù)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。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明可以同時測量多個輻射物性，穩(wěn)定性同比提高了20％，可用于航空航天、生物醫(yī)療、燃燒診斷、光學(xué)探測及無損探傷等工程領(lǐng)域。時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)是一種具有高時間分辨率可用于極微弱光信號探測的技術(shù)，單光子計數(shù)器具有受探測器不穩(wěn)定因素的影響小、信噪比高、動態(tài)范圍寬、設(shè)備便宜以及可以輸出數(shù)字信號便于數(shù)據(jù)處理等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的半透明材料輻射物性測量方法的裝置部分的結(jié)構(gòu)示意圖，其中虛線表示電纜，實線表示光纖。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于時間相關(guān)單光子計數(shù)技術(shù)的半透明材料輻射物性測量方法，該方法通過以下裝置實現(xiàn)，所述裝置包括皮秒激光觸發(fā)器1、激光頭2、光纖耦合器3、光路準直系統(tǒng)4、雪崩光電二極管5、信號反轉(zhuǎn)器6、脈寬整形器7、時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8和個人電腦9；皮秒激光觸發(fā)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(fā)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(shè)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(tǒng)4的入射端連接，光路準直系統(tǒng)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(zhuǎn)器6的一端連接，信號反轉(zhuǎn)器6的另一端與時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8的START端口連接，脈寬整形器7的另一端與時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8的SYNC端口連接，時間相關(guān)單光子計數(shù)模塊8設(shè)置在個人電腦9的內(nèi)部；

所述方法包括以下步驟：