一種測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置的製作方法

2023-05-22 22:00:26 4

專利名稱：一種測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置
背景技術：
近幾年來，布裡淵散射探測技術已經越來越多的應用於水下目標探測且其技術已 經有一定的成熟，由於氺的衰減係數和雷射能量的限制，探測深度受到很大的影響。但雷射 在大氣中的衰減將大大地減小，因而對大氣測量將會有很好的應用前景。大氣的主要成分是氮氣，則對氮氣的測量就顯得尤為重要。可以通過氮氣的布裡 淵信號計算出其分子速度，溫度，密度等參數達到對環境的測量和監測。由於雷射器要相對 固定不易移動，使得系統的移動靈活性相對較差，因此，其實用性還要進一步的改進。

發明內容
為了發現和研究氮氣布裡淵散射信號，我們提出了一種本發明涉及一種測量氮氣 布裡淵散射的方法及裝置。該方法和裝置是基於測量布裡淵散射信號的原理，通過其精確 改變抽運光的偏振態，達到區分入射光和後向180°散射信號，通過F-P標準具區分出布裡 淵散射信號，然後用增強型電荷耦合器ICCD來觀察布裡淵信號。本發明的裝置包括一臺種子注入式脈衝雷射器(1)，二分之一波片0)，偏振耦 合鏡(3)，四分子一玻片0)，F-P標準具(5)，增強型電荷耦合器ICCD(7)，時序控制器 DG535(6)，計算機(8)，功率計(9，13)，凹透鏡(10)，凸透鏡(11)，氮氣池(12)。本發明解決技術問題的方案是種子注入式脈衝雷射器(1)輸出的532nm光為豎 直偏振光，經過二分之一玻片( 後變成水平偏振光達到偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡(3) 與光軸有一定的夾角，將入射光分為兩束光且分光比為6 1，一束光用功率計(9)接收 來觀察雷射器(1)的入射光的能量，另一束水平偏振光經四分之一玻片(4)後變成圓偏振 光，則此光作為入射氮氣池(12)的光源，通過凹透鏡(10)和凸透鏡(11)後匯聚到氮氣池 (12)中，通過氮氣池(1 後的前向光用功率計(1 接收，而入射光匯聚到氮氣池(12)中 會使池中的氮氣產生布裡淵散射信號，其後向180°的後向散射光通過凹透鏡(10)和凸透 鏡(11)，經四分之一玻片(4)後變成豎直偏振光，然後通過偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡對 水平偏振光高透而對豎直偏振光高反，則回來的散射信號被偏振耦合鏡C3)反射到F-P標 準具( 後通過IC⑶(7)在計算機(8)上觀察信號，根據時序控制器DG535(6)上的延時計 算出其接收到布裡淵信號的位置。


附圖1給出了本發明裝置的原理圖。附圖2給出了本發明裝置的具體實施圖。附圖3給出了本發明裝置中的雷射擴束調節測量距離的原理圖。本發明的工作原理
如附圖1所示，該探測裝置包括一臺種子注入式脈衝雷射器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合鏡(3)，四分子一玻片(4),F-P標準具(5)，增強型電荷耦合器ICCD(7)，時序 控制器DG535 (6)，計算機(8)，功率計(9)。種子注入式脈衝雷射器(1)輸出的532nm光為豎直偏振光，經過二分之一玻片(2) 後變成水平偏振光達到偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡( 與光軸有一定的夾角，偏振耦合鏡(3)將入射光分為兩束光且分光比為6 1，一束光用功率計(9)接收來觀察雷射器(1)的 入射光的能量，另一束水平偏振光經四分之一玻片(4)後變成圓偏振光，則此光是用於探 測的光源，打入外界環境中其180°的後向散射光經四分之一玻片(4)後變成豎直偏振光， 然後通過偏振耦合鏡( ，由於偏振耦合鏡對水平偏振光高透而對豎直偏振光高反，則回來 的散射信號被偏振耦合鏡C3)反射到F-P標準具( 後通過ICCD (7)在計算機(8)上觀察 信號。本發明具有較高的精確度，集發射、接收、信號處理於一體，簡化了裝置，可以廣泛 應用於大氣環境參數的檢測，如溫度、壓強、密度、汙染度等參數的檢測和計量。實施具體方案如附圖2所示，該探測裝置包括一臺種子注入式脈衝雷射器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合鏡(3)，四分子一玻片(4),F-P標準具(5)，增強型電荷耦合器ICCD(7)，時序 控制器DG535(6)，計算機(8)，功率計(9，13)，凹透鏡(10)，凸透鏡(11)，氮氣池(12)。種子注入式脈衝雷射器(1)輸出的532nm光為豎直偏振光，經過二分之一玻片(2) 後變成水平偏振光達到偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡( 與光軸有一定的夾角，偏振耦合鏡(3)將入射光分為兩束光且分光比為6 1，一束光用功率計(9)接收來觀察雷射器(1)的 入射光的能量，另一束水平偏振光經四分之一玻片(4)後變成圓偏振光，則此光作為入射 氮氣池(1 的光源，通過凹透鏡(10)和凸透鏡(11)，通過改變凹透鏡(10)和凸透鏡(11) 之間的距離改變入射光在氮氣池(1 中聚焦位置從而達到改變發生布裡淵信號的位置， 通過氮氣池(1 後的前向光用功率計(1 接收，而入射光匯聚到氮氣池(1 中會使池中 的氮氣產生布裡淵散射信號，其後向180°的後向散射光通過凹透鏡(10)和凸透鏡(11)， 經四分之一玻片(4)後變成豎直偏振光，然後通過偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡對水平偏振 光高透而對豎直偏振光高反，則回來的散射信號被偏振耦合鏡(3)反射到F-P標準具(5) 後通過I(XD(7)在計算機(8)上觀察信號，根據時序控制器DG535(6)上的延時計算出其接 收到布裡淵信號的位置。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 變凹透鏡(10)和凸透鏡(11)兩鏡之間的距離來達到調節距離。權利要求
1.一種測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置，該裝置包括一臺種子注入式脈衝雷射 器(1)，二分之一波片(2)，偏振耦合鏡(3)，四分子一玻片(4)，F-P標準具(5)，增強型電 荷耦合器ICCD (7)，時序控制器DG535 (6)，計算機(8)，功率計(9，13)，凹透鏡(10)，凸透鏡 (11)，氮氣池(12)。種子注入式脈衝雷射器(1)輸出的532nm光為豎直偏振光，經過二分之一玻片(2)後 變成水平偏振光達到偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡(3)與光軸有一定的夾角，偏振耦合鏡 (3)將入射光分為兩束光且分光比為6 1，一束光用功率計(9)接收來觀察雷射器(1)的 入射光的能量，另一束水平偏振光經四分之一玻片(4)後變成圓偏振光，則此光作為入射 氮氣池(12)的光源，通過凹透鏡(10)和凸透鏡(11)，通過改變凹透鏡(10)和凸透鏡(11) 之間的距離改變入射光在氮氣池(12)中聚焦位置從而達到改變發生布裡淵信號的位置， 通過氮氣池(12)後的前向光用功率計(13)接收，而入射光匯聚到氮氣池(12)中會使池中 的氮氣產生布裡淵散射信號，其後向180°的後向散射光通過凹透鏡(10)和凸透鏡(11)， 經四分之一玻片(4)後變成豎直偏振光，然後通過偏振耦合鏡(3)，偏振耦合鏡對水平偏振 光高透而對豎直偏振光高反，則回來的散射信號被偏振耦合鏡(3)反射到F-P標準具(5) 後通過I(XD(7)在計算機(8)上觀察信號，根據時序控制器DG535(6)上的延時計算出其接 收到布裡淵信號的位置。
2.如權利要求1所述的測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置，其特徵在於二分之 一波片(2)，偏振耦合鏡(3)，四分子一玻片(4)放置的位置，作用是保證可以區分入射光和 接收到的散射光。
3.如權利要求1所述的測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置，其特徵在於F-P標準 具的自由光譜範圍10GHz。
4.如權利要求1所述的測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置，其特徵在於時序控 制器DG535(6)用於控制延時，計算探測目標的距離。
5.如權利要求1所述的測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置，其特徵在於凸透鏡 (11)是裝置在導軌上可移動的。
全文摘要
本發明公開了一種測量氮氣布裡淵散射信號的方法及裝置。其裝置包括種子注入式脈衝雷射器(1)、二分之一玻片(2)、偏振耦合鏡(3)、四分之一玻片(4)及凹凸鏡組成的擴束系統。二分之一玻片(2)、偏振耦合鏡(3)、四分之一玻片(4)組成抽運光控制系統，凹凸鏡組成的擴束系統用於發射和接收系統，F-P標準具(5)、ICCD(7)和DG535(6)組成信號處理系統。通過將雷射聚焦於氣體池中使其在池中產生布裡淵信號然後接收其後向180°散射信號，通過F-P標準具(5)區分出布裡淵散射信號，根據布裡淵散射信號計算出其分子速度，溫度等參數。本發明具有測量與信號處理一體化，可用於實時測量處理數據，可廣泛用於大氣環境的測量和檢測。
文檔編號G01W1/02GK102053073SQ20101053877
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者何興道, 劉娟, 劉建安, 史久林, 夏健, 方偉, 李淑靜 申請人:南昌航空大學