[实用新型]光学控制装置和热扩散率测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光学控制装置，更具体地涉及一种安装在热扩散率测量装置上的光学控制装置。 

背景技术

热扩散率是表征材料内部非稳态导热过程的重要热物理参数之一，是用来描述物体在加热或冷却过程中各部分趋于一致的能力。自然界和许多科技领域里的大部分导热过程均为非稳态导热过程。了解介质材料的热扩散率，对传热过程进行热分析和热计算有重要的意义。航空航天、核能技术、新材料开发等高新技术领域，以及建筑节能、石油化工、钢铁冶金、食品加工等传统领域，都需要对材料热扩散率的准确测量。 

1961年Parker等人提出闪光法测量固体材料热扩散率，由于其具有试样尺寸小(厚度1.5-4mm/直径6-18mm)、测试周期短(数秒)、温度范围广(100-2500K)和参数区间宽(0.1-1000mm2/s)等优点，被广泛使用。但是该物理模型是建立在一系列理想条件基础之上的，对实际的测量条件要求比较苛刻，如：建立从试样正面到背面的一维热流；激光脉冲的周期足够短；激光脉冲能量被试样前表面应均匀地吸收；试样热损失应可忽略不计；试样背面的最大温升保持在一定的范围内；热响应信号数据采集记录系统必需具有足够高的分辨率、采集速率及稳定性，以达到较高的测量精度。 

目前，各国普遍采用加热能量比较大的脉冲型激光直接对试样前表面进行照射，激光光斑分布不均匀且分布规律不强。而测量原理是基于一系列假设条件下的一维无限大平板理想导热模型，这种脉冲型(非连续)激光器输出的稳定性以及输出光斑的均匀性直接会影响到试样前表面的均匀受热情况，进而最 终影响到热扩散率测量的准确度。为此需要考虑激光非均匀性加热带来的影响，设法提高激光光斑的均匀性。 

发明内容

本实用新型提供一种安装在热扩散率测量装置上的光学控制装置，其能够对高能量的光斑进行实时监测，并获得一系列不同能量的高均匀性光斑，减小由光斑非均匀性加热带来的测量误差。 

实际上光束空间分布是激光器的驱动电流、光源温度、内部孔径或反射镜设置等多重因素共同作用的结果。要保证激光脉冲能量均匀地被样品正面吸收，除调整激光器结构尽可能保证激光的激光均匀输出外，系统设计者必须要了解光的初始分布，对光束的性能进行实时的反馈以便及时做出调整。利用光束质量分析仪采集激光光斑的分布图，调整各项试验参数，测量光束的能量分布图形，可在合适的参数条件下获得高均匀性激光光斑。在将激光器各项参数调整到最佳后，经测量发现：在激光器的输出能量较小时，激光光斑的能量分布均匀性较差；在激光输出能量较大时，光斑均匀性会大幅提高，通过光束质量分析仪的测量表明，激光器输出能量的调高有助于提高激光光斑能量分布的均匀性，使得激光脉冲能均匀的照射在样品正面，最大程度的降低激光脉冲光斑能量分布对热扩散率测量的影响。同时可利用能量计和光束质量分析仪对激光器的输出能量和光斑质量进行实时监测，进而对光斑能量进行有选择的衰减，减小由非均匀性加热带来的测量误差。 

本实用新型的光学控制装置，用于对激光器发射的光束进行控制，其包括光学部件组、光束质量分析仪和能量计，从激光器发出的激光经所述光学部件组分光入射到所述光束质量分析仪和能量计，所述光学部件组依次具有第一分光器件、第一光学片、第二光学片和第二分光器件，其特征在于：所述第一分 光器件用于将从激光器发出的激光分光形成第一光束和第二光束，所述光束质量分析仪用于对第一光束进行分析，所述第一、第二光学片用于对第二光束进行激光能量衰减，所述第二分光器件将能量衰减后的第二光束分光形成第三和第四光束，其中第三光束进入能量计，第四光束沿第二光束方向出射。 

其中第一、第二光学片为可更换部件，由第一和第二光学片的组合形成不同的衰减系数对激光光束进行衰减，得到了一系列不同能量的激光光斑。 

优选的第一光学片和第二光学片只设置其中一个或一个也不设置。 

优选的第一光学片和第二光学片均为光衰减片或其他可对激光光束能量调整的光学元件。 

优选的第一光学片和第二光学片为转盘式结构。 

优选由所述光束质量分析仪和所述能量计测得的数据可获得激光光束的光斑图像和能量分布。 

一种热扩散率测量装置，其特征在于，该热扩散率测量装置上安装有上述光学控制装置。 

附图说明

图1热扩散率测量装置示意图。 

具体实施方式：

本实用新型的优点将会通过下文结合附图中对优选实施例的详细描述而更加明显。