一種同時檢測雷射在水中傳輸發生受激布裡淵散射和拉曼散射閾值的裝置和方法
2023-08-01 08:38:46
專利名稱：一種同時檢測雷射在水中傳輸發生受激布裡淵散射和拉曼散射閾值的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種同時檢測受激布裡淵散射和受激拉曼閾值的裝置及方法。
背景技術：
光學受激布裡淵散射和受激拉曼散射應用於多個方面，例如研究受激雷射散射介 質的特性，用於產生光信號放大等，但是因為它們的共生關係，受激布裡淵散射的產生往往 伴隨著受激拉曼散射。目前，對於受激布裡淵散射和受激拉曼散射的研究，是以犧牲另一種 受激散射為代價。這種方法不能同時檢測受激布裡淵散射和受激拉曼散射，只是分開單一 的研究，檢測數據並不同步，導致數據誤差，容易造成錯誤判斷。
發明內容
為了克服不能同時研究受激布裡淵散射和受激拉曼散射現狀的不足，本發明提供 了一種能實現同時檢測受激布裡淵散射和受激拉曼散射的實驗裝置和方法，該方法不僅能 單獨檢測受激布裡淵散射和受激拉曼散射，而且還可以對它們進行同步檢測，對研究受激 布裡淵散射和受激拉曼散射的關係有很大的幫助。本發明解決其技術問題的方案是種子注入式雷射器(1)發出波長為532nm的激 光經過二分之一波片(2)，在偏振耦合鏡(3)處分成兩路，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反 射，後由功率計(4)接收；第二路雷射透過偏振耦合鏡(3)，經過四分之一波片(5)，在裝 有水的水槽(6)中傳輸後，雷射經532nm全反鏡(7)處再次分為兩路，一路波長為532nm 的雷射被反射，並由功率計(8)接收；另一路透過532nm全反鏡(7)經過濾光片(9)後由 newport功率計(10)接收。其中雷射器處於窄帶模式的工作狀態，雷射在裝有水的水槽 (6)傳輸時，雷射能量達到一定程度，會產生後向的受激布裡淵散射(綠光)，受激布裡淵散 射只是入射雷射能量的一部分，大部分的雷射扔保持向前傳輸，若向前傳播的雷射能量足 夠強就會激發前向的受激拉曼散射(紅光)。功率計(8)接收的532nm雷射的能量和水中 受激布裡淵散射有關，newport功率計(10)是探測微弱光信號專用的功率計。接收的雷射 (紅光)主要和水中受激拉曼散射有關。本新型裝置和方法的有益效果是，可以通過公式
I1 (I2/Ii An1H2 \…K=-TlnYTTx;~⑴
1 \J2lh O1+"2)得出當前條件下雷射在水槽中傳播的衰減係數Y，其中I2' , I1'為雷射在裝有 水的水槽傳輸時功率計(8)和功率計(4)的讀數；12，I1為雷射在沒有水的水槽中傳輸時功 率計(8)和功率計(4)的讀數；叫=1. 5為玻璃的折射率，n2 = 1. 33為水的折射率，1為水 槽長度。將式子(1)中I2'的值換成雷射在裝有水的水槽傳輸時newport功率計(10)的 讀數，I2雷射在沒有水的水槽中傳輸newport時功率計(10)的讀數，此時式子(1)算出的就是前向受激拉曼在水中的衰減係數。改變雷射能量，計算衰減係數，記錄，作出衰減係數隨雷射能量變化的圖示，其中 變化最劇烈(拐點)處，即為其閾值。
附圖1是本發明的裝置原理圖。附圖2是本發明裝有導軌的凸透鏡的實施例。附圖3是本發明給出的導軌上凸透鏡匯聚雷射光束處於功率計接收最佳態實施 例。附圖4水槽長度為1米時受激布裡淵散射的衰減係數和入射能量關係實施例。
具體實施例方式實施例1 如附圖1所示，該受激布裡淵散射閾值測試裝置包括1.注入式種子脈衝雷射器， 2. 二分之一波片，3.偏振耦合鏡4.功率計，5.四分之一波片，6.水槽，7.532nm全反鏡， 8.功率計，9.濾光片，10.功率計。從雷射器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈衝雷射，雷射經過二分之一 波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈衝雷射，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反射後 由功率計(4)接收；另一路脈衝雷射經過四分之一波片(5)之後進入裝有水的水槽(6)，激 光傳輸至532nm全反鏡(7)時，雷射中532nm部分的光被反射至功率計(8)，剩下含有受激 拉曼散射部分的光直接通過532nm全反鏡(7)，經過濾光片(9)後的雷射就只剩下受激拉曼 散射，由newport功率計(10)接收。其中濾光片(9)的作用是慮除紅光以外的光，也就是 只留下受激拉曼光。通過公式已有的公式算出雷射在水中傳輸的衰減係數，在衰減係數變化最激烈， 也就是拐點處即為其閾值。其中，雷射器採用的是窄帶模式，用於計算受水中激布裡淵散射 閾值的數據由功率計(8)測出的532nm雷射(綠光)的功率和功率計(4)測出的反射雷射 功率提供，計算受激拉曼散射閾值的數據則由newport功率計(10)冊數的雷射(紅光)功 率和功率計(4)測出的反射雷射功率提供。實施例2:如附圖2所示，該受激布裡淵散射閾值測試裝置包括1.注入式種子脈衝雷射器， 2. 二分之一波片，3.偏振耦合鏡 4.功率計，5.四分之一波片，6.水槽，7.532nm全反鏡， 8.功率計，9.濾光片，10.功率計，11.裝在導軌上的凸透鏡。從雷射器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈衝雷射，雷射經過二分之一 波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈衝雷射，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反射後 由功率計(4)接收；另一路脈衝雷射經過四分之一波片(5)之後進入裝有水的水槽(6)，激 光經過裝在導軌上的凸透鏡(11)匯聚後傳輸至532nm全反鏡(7)時，雷射中532nm部分的 光被反射至功率計(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通過532nm全反鏡(7)，經過 濾光片(9)後的雷射就只剩下受激拉曼散射，由功率計計(10)接收。其中裝有導軌的凸透 鏡(11)的作用是將經過很多光學器件及散射介質(水)後，已經擴束的雷射光束匯聚。匯聚的作用是將已經大於功率計(8)和newport功率計(10)探頭的雷射光束直徑收縮至一 個合適的大小。凸透鏡(11)的導軌作用是將凸透鏡(11)放置於一個合適的位置，使得功 率計(8)和newport功率計(10)探頭處的光束即小於探頭直徑，又不處於凸透鏡匯聚雷射 光束的焦點。 附圖3以圖示的方式給出了通過調節可旋轉含有導軌的凸透鏡(11)的位置而改 變雷射光束的直徑。也即通過導軌改變凸透鏡位置使得雷射直徑及功率密度處於功率計 (8)和newport功率計(10)探頭的最佳接收態。附圖4是用實際測量得到的數據代入公式 (1)算出來的衰減係數和入射雷射能量之間關係的圖示，其中橫軸為入射雷射的能量，縱軸 為衰減係數。在衰減係數變化最大處，也就是衰減係數曲線拐點處即為受激布裡淵散射閾 點ο
權利要求
一種同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝置，該裝置包括種子注入式脈衝雷射器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合鏡(3)，功率計(4)，四分之一波片(5)，裝有散射介質的水槽(6)，532nm全反鏡(7)，功率計(8)，濾光片(9)，newport功率計(10)。從雷射器(1)發出的是波長為532nm的脈衝雷射，雷射經過二分之一波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈衝雷射，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反射後由功率計(4)接收；另一路脈衝雷射經過四分之一波片(5)之後進入裝有水的水槽(6)，雷射傳輸至532nm全反鏡(7)時，雷射中532nm部分的光被反射至功率計(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光通過532nm全反鏡(7)，經過濾光片(9)後的雷射就只剩下受激拉曼散射光，由newport功率計(10)接收。其中濾光片(9)的作用是慮除紅光以外的光，也就是只留下受激拉曼散射光。
2.如權利要求1所述的同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特徵在於532nm全反鏡(7)放置的位置。
3.如權利要求1所述的同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特徵在於在水槽(6)和532nm全反鏡(7)之間加裝一個凸透鏡(11)。
4.如權利要求3所述的同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特徵在於凸透鏡(11)是裝在導軌上，可移動。
5.如權利要求3所述同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝置， 其特徵在於通過移動裝在導軌上的凸透鏡(11)，改變雷射焦點位置，使雷射光束在功率 計(8)和newport功率計(10)探頭處處於最佳被接收態。
6.一種同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值方法，其特徵在於從 雷射器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈衝雷射，雷射經過二分之一波片(2)射 入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈衝雷射，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反射後由功率計 (4)接收；另一路脈衝雷射經過四分之一波片(5)之後進入裝有水的水槽(6)，雷射經過裝 在導軌上的凸透鏡(11)匯聚後傳輸至532nm全反鏡(7)時，雷射中532nm部分的光被反 射至功率計(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通過532nm全反鏡(7)，經過濾光片 (9)後的雷射就只剩下受激拉曼散射，由newport功率計(10)接收。其中裝有導軌的凸透 鏡(11)的作用是將經過很多光學器件及散射介質(水)後，已經擴束的雷射光束匯聚。匯 聚的作用是將已經大於功率計(8)和newport功率計(10)探頭的雷射光束直徑收縮至一 個合適的大小。凸透鏡(11)的導軌作用是將凸透鏡(11)放置於一個合適的位置，使得功 率計(8)和newport功率計(10)探頭處的光束即小於探頭直徑，又不處於凸透鏡匯聚雷射 光束的焦點。再通過公式已有的公式算出雷射在水中傳輸的衰減係數，在衰減係數變化最 激烈，也就是拐點處即為其閾值。其中，雷射器採用的是窄帶模式，用於計算受水中激布裡 淵散射閾值的數據由功率計(8)測出的532nm雷射(綠光)的功率和功率計(4)測出的反 射雷射功率提供，計算受激拉曼散射閾值的數據則由newport功率計(10)測出的雷射(紅 光)功率和功率計(4)測出的反射雷射功率提供。
7.如權利要求6所述同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的方法， 其特徵在於，其中所述的532nm全反鏡(7)放置的位置，將水中受激布裡淵散射和受激拉 曼散射信號分離，計算受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾值所需的數據用功率計(8)和newport功率計(10)接收，實現了同時測量水中受激布裡淵散射閾值和受激拉曼散射閾 值。 凸透鏡(11)裝在可移動導軌上，通過移動在導軌上移動改變雷射光束直徑以及匯聚激 光的焦點的位置。
全文摘要
本發明公開了一種能同時測量受激布裡淵散射和受激拉曼散射的裝置和方法。該裝置包括一個種子注入式雷射器(1)，雷射器(1)發出的波長為532nm的脈衝雷射經過二分之一波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈衝雷射，第一路雷射被偏振耦合鏡(3)反射後由功率計(4)接收；另一路脈衝雷射經過四分之一波片(5)之後進入裝有水的水槽(6)，雷射傳輸至532nm全反鏡(7)時，雷射中532nm部分的光被反射至功率計(8)，剩下含有受激拉曼散射部分的光直接通過532nm全反鏡(7)，經過濾光片(9)後的雷射就只剩下受激拉曼散射，由功率計計(10)接收。再根據已有的公式(1)，代入不同的I′2值，就可以計算出同受激布裡淵散射和受激拉曼散射各自衰減係數，進而得出受激布裡淵散射和受激拉曼散射的閾值。
文檔編號G02B27/28GK101806735SQ20101013589
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月30日 優先權日2010年3月30日
發明者何興道, 劉偉, 劉娟, 史久林, 張婷婷, 李淑靜, 趙晚昭 申請人:南昌航空大學