專利名稱：一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光激發(fā)波的產(chǎn)生和檢測領(lǐng)域，具體為一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光束輻照到樣品上，通過光與物質(zhì)的相互作用，會激發(fā)產(chǎn)生各種效應(yīng)，包括光激發(fā)熱波、光激發(fā)聲波、光致發(fā)光等。通過對這些光激發(fā)波效應(yīng)的檢測和分析可以得到關(guān)于樣品的很多信息，從而衍生出各種基于光激發(fā)波的精密分析測試儀器與成像設(shè)備，廣泛應(yīng)用于新材料、新能源、電子信息、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)療、先進(jìn)制造業(yè)等各個領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中用來輻照樣品的光束一般稱為泵浦光束，它可以是普通光束，也可 以是激光束。根據(jù)具體應(yīng)用情況的不同，泵浦光束可以是簡單的連續(xù)光、振幅調(diào)制的連續(xù)光、或者脈沖光。在泵浦光束是振幅調(diào)制的連續(xù)光或者脈沖光的時候，由于可以利用鎖相檢測技術(shù)或同步檢測技術(shù)，基于光激發(fā)波效應(yīng)的各類精密分析測試儀器與成像設(shè)備通常具有較高的靈敏度和較大的動態(tài)范圍，因而應(yīng)用十分廣泛。在基于光激發(fā)波效應(yīng)的各類檢測和分析技術(shù)中，光激發(fā)波效應(yīng)的信號強(qiáng)度一般都隨著泵浦光束能量或功率的增強(qiáng)而增強(qiáng)，因此在很多需要進(jìn)行較高靈敏度檢測與分析的場合，泵浦光源都選用功率(或者單脈沖能量)較高的激光光源。由于激光光源的體積、重量、成本通常都隨著功率(或者單脈沖能量)的提高而提高，因此如果能夠在不增加泵浦光源功率(或者單脈沖能量)的情況下增強(qiáng)光激發(fā)波信號就具有非常重要的意義。現(xiàn)有的技術(shù)在增強(qiáng)光激發(fā)波信號方面的工作一般不外乎對泵浦光光路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以提高光激發(fā)波信號強(qiáng)度、對光激發(fā)波信號的具體探測技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以增強(qiáng)靈敏度、以及在電子線路和信號處理方面提高信噪比等。以光聲技術(shù)為例，很多努力都是放在對光聲池的優(yōu)化設(shè)計上；以光熱技術(shù)為例，主要努力都是放在對泵浦光光路的優(yōu)化設(shè)計、具體探測方法的選擇、以及探測光路和電子線路的設(shè)計上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，以解決各類基于光激發(fā)波的檢測分析儀器與成像設(shè)備對泵浦光功率或能量水平要求較高的問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，所述泵浦光出射部分包括泵浦光源、依次設(shè)置在泵浦光源出射光路上的泵浦光起偏裝置、供泵浦光起偏裝置起偏后的泵浦光透過的偏振分光裝置，以及泵浦光聚焦透鏡，所述泵浦光聚焦透鏡設(shè)置在偏振分光裝置透射光路上并對準(zhǔn)樣品；所述泵浦光反射部分包括接收樣品反射或透射的泵浦光束的泵浦光調(diào)整透鏡，依次設(shè)置在泵浦光調(diào)整透鏡透射光路上的四分之一波片、第一泵浦光高反鏡，以及設(shè)置在泵浦光出射部分中偏振分光裝置反射光路上的第二泵浦光高反鏡。所述的一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述四分之一波片上鍍有增透膜。本發(fā)明在保持靈敏度不變的情況下，能較大幅度降低對泵浦光源的功率或能量水平的要求，從而較大幅度降低相關(guān)檢測分析儀器與成像系統(tǒng)的成本、體積和重量。對一些光激發(fā)波信號比較微弱的樣品，也可以在保持對泵浦光源的功率或能量水平要求不變的情況下較大幅度提高相關(guān)系統(tǒng)的檢測靈敏度。



圖I為本發(fā)明應(yīng)用于高透射率樣品時的原理圖。圖2為本發(fā)明應(yīng)用于高反射率樣品時的原理圖。圖3為本發(fā)明應(yīng)用于高透射率樣品時的實施例結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明應(yīng)用于高反射率樣品時的實施例結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式本發(fā)明的原理如下
如圖I所示，對于高透射率的樣品，來自泵浦光光源的線偏振光，假設(shè)是S偏光，在第一次經(jīng)過偏振分光鏡(假設(shè)偏振分光鏡對S偏光的透過率為Ts,對P偏振光的反射率為Rp)全部透過，入射到樣品上。經(jīng)過樣品出射的泵浦光束在經(jīng)過1/4波片后被高反射率鏡1(假設(shè)其反射率為R1)反射回來，再次經(jīng)過1/4波片后第二次入射到樣品上，此時泵浦光束的偏振方向已經(jīng)發(fā)生了 90度變化，變成了 P偏振光。第二次入射到樣品上的泵浦光從樣品出射后第二次入射到偏振分光鏡上并被偏振分光鏡反射，反射光被高反射率鏡2 (假設(shè)其反射率為R2)反射回來，再次被偏振分光鏡反射后第三次入射到樣品上。經(jīng)過樣品出射的泵浦光束再一次經(jīng)過1/4波片后被高反射率鏡I反射回來，經(jīng)過1/4波片后第四次入射到樣品上，此時泵浦光束的偏振方向再次發(fā)生了 90度變化，變回成了 S偏振光。第四次入射到樣品上的泵浦光從樣品出射后第四次入射到偏振分光鏡并全部透過，逸出泵浦光能量回收利用系統(tǒng)。經(jīng)過這樣的光學(xué)系統(tǒng)后，輻照被測樣品的泵浦光能量被累計重復(fù)利用了四次。如果1/4波片前后表面都鍍有增透膜，其透過率近似為100%，則在被測樣品內(nèi)累計的泵浦光功率P可以用如下公式表達(dá)
P=P0Ts+P0TsTR1+P0TsTR1TRpR2Rp+PJsTR1TRpR2RpTR1(I)
公式(I)中P。是泵浦光在第一次進(jìn)入偏振分光鏡的入射功率，Ts是偏振分光鏡對S偏光的透過率，Rp偏振分光鏡對對P偏振光的反射率，Rp R2分別是高反射率鏡I和高反射率鏡2的反射率，T是樣品的透過率。表I針對不同樣品透過率情況對式(I)中被測樣品內(nèi)累計的泵浦光功率P和P。的比值做了簡單計算，計算中假定1^=1=99. 95%，Ts=99. 6%，Rp=99. 6%，都是實踐中比較可行的數(shù)值。表I.泵浦光能量回收效果與樣品透射率之間的關(guān)系
Y |p/Po 0· 00% 341. 1~
9~1. 00% 1346. 3~
權(quán)利要求
1.一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，所述泵浦光出射部分包括泵浦光源、依次設(shè)置在泵浦光源出射光路上的泵浦光起偏裝置、供泵浦光起偏裝置起偏后的泵浦光透過的偏振分光裝置，以及泵浦光聚焦透鏡，所述泵浦光聚焦透鏡設(shè)置在偏振分光裝置透射光路上并對準(zhǔn)樣品；所述泵浦光反射部分包括接收樣品反射或透射的泵浦光束的泵浦光調(diào)整透鏡，依次設(shè)置在泵浦光調(diào)整透鏡透射光路上的四分之一波片、第一泵浦光高反鏡，以及設(shè)置在泵浦光出射部分中偏振分光裝置反射光路上的第二泵浦光高反鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述四分之一波片上鍍有增透膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于能量回收原理的增強(qiáng)光激發(fā)波信號的光學(xué)系統(tǒng)，包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，泵浦光出射部分包括泵浦光源、泵浦光起偏裝置、偏振分光裝置、泵浦光聚焦透鏡，泵浦光反射部分包括泵浦光調(diào)整透鏡、四分之一波片、第一泵浦光高反鏡、第二泵浦光高反鏡。本發(fā)明能較大幅度降低相關(guān)檢測分析儀器與成像系統(tǒng)的成本、體積和重量，也可以在保持對泵浦光源的功率或能量水平要求不變的情況下較大幅度提高相關(guān)系統(tǒng)的檢測靈敏度。
文檔編號G02B27/28GK102854134SQ201210308408
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者吳周令, 陳堅, 吳令奇 申請人:合肥知常光電科技有限公司