[发明专利]材料线性吸收和非线性吸收的测量装置和测量方法

说明书

一种材料线性吸收和非线性吸收的测量装置和测量方法，该方法通过采用灵敏度高，对散射光不敏感的光热技术，使用短脉冲高重复频率激光辐照样品，利用锁相放大器测量多脉冲累积作用下样品的线性吸收，利用Boxcar积分器测量单个脉冲下样品的非线性吸收，从而实现线性吸收和非线性吸收的同时测量，为研究材料的吸收特性提供了新的方法和手段。本发明具有对散射光不敏感，效率高的特点。

技术领域

本发明涉及材料吸收的测量，特别是一种材料线性吸收和非线性吸收的测量装置和测量方法。

技术背景

吸收作为材料的重要性能指标之一，一直受到人们的广泛关注。测量材料的吸收有助于加深对材料的认识。在高能量激光辐照下，吸收更是影响材料性能的重要因素，是导致材料软破坏/硬破坏的重要原因，限制了材料在高能量、高功率激光辐照下的应用。因此，有必要对材料的吸收进行测量，研究其吸收特性及吸收机制。

材料吸收的测量，对于线性吸收，目前主要使用的是分光光度计，此外还有激光量热法，光热偏转法，热透镜法，光声法等一系列光声光热技术；对于非线性吸收，Z扫描法由于具有简单、有效、灵敏度高等特点是目前主要采用的方法，此外还有光热偏转法，热透镜法、非线性透过率法、简并三波混频法等。上述方法虽然都能实现对材料吸收的有效测量，但都是对线性吸收和非线性吸收的单独测量，且其中灵敏度高的测量方法都需要对装置的仔细调节，测量起来非常耗时耗力。对于在同一套装置中实现线性吸收和非线性吸收的同时测量，相关测量研究鲜有开展。A.Marcano O等人采用泵浦光聚焦，探测光高度准直的热透镜构型，结合Z扫描，通过拟合实验曲线实现了线性吸收和非线性吸收同时测量(A.M O,Delima F,Markushin Y,et al.Determination of linear and nonlinear absorptionof metallic colloids using photothermal lens spectrometry[J].Journal of theOptical Society of America B,2011,28(2):281.)，测量结果依赖于模型的合理性与准确性。

发明内容

基于上述已有的测量方法和装置的不足，本发明目的是提供一种材料线性吸收和非线性吸收的测量装置和测量方法，该装置通过采用灵敏度高，对散射光不敏感的光热技术，使用短脉冲高重复频率激光作为泵浦光辐照样品，利用锁相放大器和Boxcar积分器分别提取信号，实现材料线性吸收和非线性吸收的同时测量，大大提高了测量效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种材料线性吸收和非线性吸收的测量装置，该装置包括：

泵浦光路，包括泵浦激光器，沿该泵浦激光器的输出光方向依次是第一衰减器、分光片、第一反射镜、斩波器、第二反射镜、第一长聚焦透镜、三维移动平台和吸收池，所述的三维移动平台供待测样品放置，分光片反射光路上放有功率计；

探测光路，包括氦氖激光器，沿该氦氖激光器的输出光方向依次是第二衰减器、第三反射镜、光路提升器、第一短聚焦透镜、三维移动平台、滤光片和四象限探测器；

所述的斩波器的输出端接锁相放大器的第一输入端，所述的锁相放大器的输出端接计算机的第一输入端，万用表的输出端接计算机的第二输入端，所述的计算机的输出端与所述的三维移动平台的控制端相连，其特点在于，

所述的四象限探测器的SUM输出端接万用表输入端，四象限探测器的Y输出端通过三通分别连接锁相放大器的第二输入端，Boxcar积分器的第一输入端，所述的泵浦激光器的输出端连接Boxcar积分器的第二输入端，所述的Boxcar积分器输出端连接示波器的输入端。

所述样品是透明材料或不透明材料。