專利名稱：一種同時檢測激光在水中傳輸發生受激布里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里淵散射和受激拉曼閾值的裝置及方法。
背景技術：
光學受激布里淵散射和受激拉曼散射應用于多個方面，例如研究受激激光散射介 質的特性，用于產生光信號放大等，但是因為它們的共生關系，受激布里淵散射的產生往往 伴隨著受激拉曼散射。目前，對于受激布里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里淵散射和受激拉曼散射，只是分開單一 的研究，檢測數據并不同步，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里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里淵散射和受激拉曼散射的實驗裝置和方法，該方法不僅能 單獨檢測受激布里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 布里淵散射和受激拉曼散射的關系有很大的幫助。本發明解決其技術問題的方案是種子注入式激光器(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，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反 射，后由功率計(4)接收；第二路激光透過偏振耦合鏡(3)，經過四分之一波片(5)，在裝 有水的水槽(6)中傳輸后，激光經532nm全反鏡(7)處再次分為兩路，一路波長為532nm 的激光被反射，并由功率計(8)接收；另一路透過532nm全反鏡(7)經過濾光片(9)后由 newport功率計(10)接收。其中激光器處于窄帶模式的工作狀態，激光在裝有水的水槽 (6)傳輸時，激光能量達到一定程度，會產生后向的受激布里淵散射(綠光)，受激布里淵散 射只是入射激光能量的一部分，大部分的激光扔保持向前傳輸，若向前傳播的激光能量足 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激光的能量和水中 受激布里淵散射有關，newport功率計(10)是探測微弱光信號專用的功率計。接收的激光 (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)得出當前條件下激光在水槽中傳播的衰減系數Y，其中I2' , I1'為激光在裝有 水的水槽傳輸時功率計(8)和功率計(4)的讀數；12，I1為激光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'的值換成激光在裝有水的水槽傳輸時newport功率計(10)的 讀數，I2激光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系數。改變激光能量，計算衰減系數，記錄，作出衰減系數隨激光能量變化的圖示，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激光光束處于功率計接收最佳態實施 例。附圖4水槽長度為1米時受激布里淵散射的衰減系數和入射能量關系實施例。
具體實施例方式實施例1 如附圖1所示，該受激布里淵散射閾值測試裝置包括1.注入式種子脈沖激光器， 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。從激光器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈沖激光，激光經過二分之一 波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈沖激光，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反射后 由功率計(4)接收；另一路脈沖激光經過四分之一波片(5)之后進入裝有水的水槽(6)，激 光傳輸至532nm全反鏡(7)時，激光中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)后的激光就只剩下受激拉曼 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激光在水中傳輸的衰減系數，在衰減系數變化最激烈， 也就是拐點處即為其閾值。其中，激光器采用的是窄帶模式，用于計算受水中激布里淵散射 閾值的數據由功率計(8)測出的532nm激光(綠光)的功率和功率計(4)測出的反射激光 功率提供，計算受激拉曼散射閾值的數據則由newport功率計(10)冊數的激光(紅光)功 率和功率計(4)測出的反射激光功率提供。實施例2:如附圖2所示，該受激布里淵散射閾值測試裝置包括1.注入式種子脈沖激光器， 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。從激光器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈沖激光，激光經過二分之一 波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈沖激光，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反射后 由功率計(4)接收；另一路脈沖激光經過四分之一波片(5)之后進入裝有水的水槽(6)，激 光經過裝在導軌上的凸透鏡(11)匯聚后傳輸至532nm全反鏡(7)時，激光中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)后的激光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)后，已經擴束的激光光束匯聚。匯聚的作用是將已經大于功率計(8)和newport功率計(10)探頭的激光光束直徑收縮至一 個合適的大小。凸透鏡(11)的導軌作用是將凸透鏡(11)放置于一個合適的位置，使得功 率計(8)和newport功率計(10)探頭處的光束即小于探頭直徑，又不處于凸透鏡匯聚激光 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 變激光光束的直徑。也即通過導軌改變凸透鏡位置使得激光直徑及功率密度處于功率計 (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)算出來的衰減系數和入射激光能量之間關系的圖示，其中橫軸為入射激光的能量，縱軸 為衰減系數。在衰減系數變化最大處，也就是衰減系數曲線拐點處即為受激布里淵散射閾 點ο
權利要求
一種同時測量水中受激布里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沖激光器(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)。從激光器(1)發出的是波長為532nm的脈沖激光，激光經過二分之一波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈沖激光，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反射后由功率計(4)接收；另一路脈沖激光經過四分之一波片(5)之后進入裝有水的水槽(6)，激光傳輸至532nm全反鏡(7)時，激光中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)后的激光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里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特征在于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里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特征在于在水槽(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里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝 置，其特征在于凸透鏡(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里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的裝置， 其特征在于通過移動裝在導軌上的凸透鏡(11)，改變激光焦點位置，使激光光束在功率 計(8)和newport功率計(10)探頭處處于最佳被接收態。
6.一種同時測量水中受激布里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值方法，其特征在于從 激光器(1)發出的是波長為532nm的窄帶模式的脈沖激光，激光經過二分之一波片(2)射 入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈沖激光，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反射后由功率計 (4)接收；另一路脈沖激光經過四分之一波片(5)之后進入裝有水的水槽(6)，激光經過裝 在導軌上的凸透鏡(11)匯聚后傳輸至532nm全反鏡(7)時，激光中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)后的激光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)后，已經擴束的激光光束匯聚。匯 聚的作用是將已經大于功率計(8)和newport功率計(10)探頭的激光光束直徑收縮至一 個合適的大小。凸透鏡(11)的導軌作用是將凸透鏡(11)放置于一個合適的位置，使得功 率計(8)和newport功率計(10)探頭處的光束即小于探頭直徑，又不處于凸透鏡匯聚激光 光束的焦點。再通過公式已有的公式算出激光在水中傳輸的衰減系數，在衰減系數變化最 激烈，也就是拐點處即為其閾值。其中，激光器采用的是窄帶模式，用于計算受水中激布里 淵散射閾值的數據由功率計(8)測出的532nm激光(綠光)的功率和功率計(4)測出的反 射激光功率提供，計算受激拉曼散射閾值的數據則由newport功率計(10)測出的激光(紅 光)功率和功率計(4)測出的反射激光功率提供。
7.如權利要求6所述同時測量水中受激布里淵散射閾值和受激拉曼散射閾值的方法， 其特征在于，其中所述的532nm全反鏡(7)放置的位置，將水中受激布里淵散射和受激拉 曼散射信號分離，計算受激布里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里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激光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里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激光器(1)，激光器(1)發出的波長為532nm的脈沖激光經過二分之一波片(2)射入偏振耦合鏡(3)時，分成兩路脈沖激光，第一路激光被偏振耦合鏡(3)反射后由功率計(4)接收；另一路脈沖激光經過四分之一波片(5)之后進入裝有水的水槽(6)，激光傳輸至532nm全反鏡(7)時，激光中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)后的激光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里淵散射和受激拉曼散射各自衰減系數，進而得出受激布里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