[發明專利]材料線性吸收和非線性吸收的測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201710305726.X
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107192670B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 趙元安;彭小聰;邵建達;吳周令;王岳亮;曹珍;李大偉;胡國行
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種材料線性吸收和非線性吸收的測量裝置和測量方法，該方法通過采用靈敏度高，對散射光不敏感的光熱技術，使用短脈沖高重復頻率激光輻照樣品，利用鎖相放大器測量多脈沖累積作用下樣品的線性吸收，利用Boxcar積分器測量單個脈沖下樣品的非線性吸收，從而實現線性吸收和非線性吸收的同時測量，為研究材料的吸收特性提供了新的方法和手段。本發明具有對散射光不敏感，效率高的特點。

技術領域

本發明涉及材料吸收的測量，特別是一種材料線性吸收和非線性吸收的測量裝置和測量方法。

技術背景

吸收作為材料的重要性能指標之一，一直受到人們的廣泛關注。測量材料的吸收有助于加深對材料的認識。在高能量激光輻照下，吸收更是影響材料性能的重要因素，是導致材料軟破壞/硬破壞的重要原因，限制了材料在高能量、高功率激光輻照下的應用。因此，有必要對材料的吸收進行測量，研究其吸收特性及吸收機制。

材料吸收的測量，對于線性吸收，目前主要使用的是分光光度計，此外還有激光量熱法，光熱偏轉法，熱透鏡法，光聲法等一系列光聲光熱技術；對于非線性吸收，Z掃描法由于具有簡單、有效、靈敏度高等特點是目前主要采用的方法，此外還有光熱偏轉法，熱透鏡法、非線性透過率法、簡并三波混頻法等。上述方法雖然都能實現對材料吸收的有效測量，但都是對線性吸收和非線性吸收的單獨測量，且其中靈敏度高的測量方法都需要對裝置的仔細調節，測量起來非常耗時耗力。對于在同一套裝置中實現線性吸收和非線性吸收的同時測量，相關測量研究鮮有開展。A.Marcano O等人采用泵浦光聚焦，探測光高度準直的熱透鏡構型，結合Z掃描，通過擬合實驗曲線實現了線性吸收和非線性吸收同時測量(A.M O,Delima F,Markushin Y,et al.Determination of linear and nonlinear absorptionof metallic colloids using photothermal lens spectrometry[J].Journal of theOptical Society of America B,2011,28(2):281.)，測量結果依賴于模型的合理性與準確性。

發明內容

基于上述已有的測量方法和裝置的不足，本發明目的是提供一種材料線性吸收和非線性吸收的測量裝置和測量方法，該裝置通過采用靈敏度高，對散射光不敏感的光熱技術，使用短脈沖高重復頻率激光作為泵浦光輻照樣品，利用鎖相放大器和Boxcar積分器分別提取信號，實現材料線性吸收和非線性吸收的同時測量，大大提高了測量效率。

本發明的技術解決方案如下：

一種材料線性吸收和非線性吸收的測量裝置，該裝置包括：

泵浦光路，包括泵浦激光器，沿該泵浦激光器的輸出光方向依次是第一衰減器、分光片、第一反射鏡、斬波器、第二反射鏡、第一長聚焦透鏡、三維移動平臺和吸收池，所述的三維移動平臺供待測樣品放置，分光片反射光路上放有功率計；

探測光路，包括氦氖激光器，沿該氦氖激光器的輸出光方向依次是第二衰減器、第三反射鏡、光路提升器、第一短聚焦透鏡、三維移動平臺、濾光片和四象限探測器；

所述的斬波器的輸出端接鎖相放大器的第一輸入端，所述的鎖相放大器的輸出端接計算機的第一輸入端，萬用表的輸出端接計算機的第二輸入端，所述的計算機的輸出端與所述的三維移動平臺的控制端相連，其特點在于，

所述的四象限探測器的SUM輸出端接萬用表輸入端，四象限探測器的Y輸出端通過三通分別連接鎖相放大器的第二輸入端，Boxcar積分器的第一輸入端，所述的泵浦激光器的輸出端連接Boxcar積分器的第二輸入端，所述的Boxcar積分器輸出端連接示波器的輸入端。

所述樣品是透明材料或不透明材料。