[发明专利]脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置及测量方法

说明书

一种脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置及测量方法，应用高功率脉冲强激光以一定频率连续辐照光学元件材料内部，待测元件采用正侧面抛光，并在其侧面放置光纤探头和光谱仪以测量其散射信号，有效地减少了表面散射信号对结果的影响。采用时间积分的方式增加散射信号测量值，采用镜面对称相减的数据处理方法滤除瑞利散射信号，由此提取出高信噪比的强激光诱导的光致发光谱。本发明适用于各类透明光学元件的脉冲强激光诱导光致发光谱的在线探测。

技术领域

本发明涉及光致发光谱探测，特别是一种脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置及测量方法。

背景技术

光谱技术是表征与研究材料性质的重要手段。根据现代量子物理学，原子核外电子的可能状态是不连续的，因此各状态对应能量也是不连续的，这些能量值就是能级。而光的粒子性决定了光子可以携带不同大小的能量，因此，当光子能量与材料的能级相匹配时，就会发生光子吸收、能级跃迁、光子辐射等微观行为，这些微观行为即会引起光谱的各种变化。使用光谱技术可以较为直观地反应材料内的能级情况。

光致发光谱是常用的光谱技术的其中一种。物质受到外界光源照射时获得能量并产生激发导致发光的现象即被称为光致发光，发出光组成的光谱即为光致发光谱。光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息。

商用的光致发光谱探测中，使用的激发光源通常是普通单色光或者连续激光。而本发明采用高功率脉冲强激光作为激发光源，大幅提高了激发光源的能量密度。强激光作用下，更易产生双光子吸收、多光子吸收等非线性光学效应，由此可以得到更多待测光学元件的能级结构信息。

发明内容

本发明提供一种脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置及测量方法，适用于各类透明光学元件光致发光谱的在线测试。

本发明的基本原理主要基于以下几点：

1.晶体是由大量的原子有序堆积而成，原子核外电子存在不连续的可能状态使得原子在不同状态具备不连续的能量值，形成了不同的原子轨道，而各种原子的原子轨道构成了晶体中具有分立能级的分子轨道。由原子轨道所构成的分子轨道数量非常之大，以至于可以将所形成的分子轨道的能级看成是准连续的，即形成了能带。当物体被外界光源照射时，物体中的电子可以吸收光子携带的能量，从而从较低的能态跃迁到较高的激发态。在这些电子回到热平衡态的过程中，多余的能量可以通过非辐射过程和发光过程释放，其中发光过程就可以被光谱仪探测到，收集到与激发光波长不一致的其他波段光信号，即体现为光致发光谱。

2.当强激光与介质相互作用时，光与介质会发生能量交换、光的频率会发生改变，这就是产生了非线性光学效应。常见的非线性光学效应包括：产生高次谐波、光学混频、受激拉曼散射、多光子吸收等。本文的脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置使用的是高功率脉冲强激光作光源，可以探测到相关的非线性光学效应。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置及测量方法，特征在于其构成包括：由脉冲激光器、衰减控制器、半波片和聚焦透镜组成的脉冲强激光辐照系统；由光纤探头和光谱仪组成的光致发光信号收集系统；沿该脉冲激光器的激光输出方向依次是所述的衰减控制器、半波片、聚焦透镜和供待测光学元件放置的移动平台，该移动平台与计算机相连；供待测光学元件放置的移动平台的正侧面依次是所述的光纤探头和光谱仪，所述的光谱仪的输出端与计算机的输入端相连。

所述的脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置，其特征在于，所述的脉冲强激光的脉宽在飞秒至纳秒的范围内。

所述的脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置，其特征在于，所述的光谱仪的单次积分时间设置范围为1秒至10秒。

利用上述的脉冲强激光诱导光致发光谱的测量装置实现光致发光谱的测量方法，包括下列步骤：