基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置制造方法
【專利摘要】一種基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于：該裝置能夠同時實現前向散射和后向散射，或者可選擇的實現單一的前向散射或單一的后向散射。
【專利說明】基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光散射實驗裝置，屬于光電子【技術領域】。
【背景技術】
[0002]光學散射中包含有三種前向散射,后向散射，以及側向散射，目前的用于光散射的教學和科研裝置中，每種裝置只能進行一種形式的散射，要么只能進行前向散射，要么只能進行后向散射，這種裝置的存在導致了很多資金和時間的浪費，例如在購置科研或教學設備時，需要針對前向散射和后向散射各購置一套，如果是用于學生實驗學習的用的，可能需要分別購置幾十臺到上百臺，如果學校自己購置零件，老師或學生自己組裝實驗裝置的話，則需要針對不同的方向散射組裝不同的實驗裝置，太耗費時間，并且在很多時候，往往需要學生同時觀察前向和后向兩種散射，這種對比能夠更加形象和具體，便于學生的理解和掌握，但是現有的裝置明顯無法滿足這種需求。
【發明內容】
[0003]本發明就是為解決上述問題而提出的，提供一種基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置，很好的解決現有技術中所存在的問題。
[0004]根據本發明的一實施例，提供了一種基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:該裝置能夠同時實現前向散射和后向散射，或者可選擇的實現單一的前向散射或單一的后向散射。
[0005]根據本發明的一實施例，該裝置包括:輸出線偏振光的脈沖激光器(I)，第一散射介質(2)，第二散射介質(3)，第三散射介質(4),分束鏡(5),第一偏振分束鏡(6),第二偏振分束鏡(7)，第三偏振分束鏡(10),第四偏振分束鏡(11)，第一全反射鏡(14),第二全反射鏡(15)，第一四分之一波片(8)，第二四分之一波片(13)，第三四分之一波片(16)，第四四分之一波片(17)，小孔光闌(12)，偏振旋轉裝置(9)，控制器(18)以及光學延遲裝置(19)；所述激光器(I)發出脈沖的線偏振激光束通過偏振旋轉裝置(9)后入射到分束鏡(5)上，經過分束鏡(5)后分成兩路激光,其中一路依次經過第一偏振分束鏡(6),第三四分之一波片(16)進入第一散射介質(2)，在第一散射介質(2)中分別產生比較弱的前向散射光束和后向散射光束，其中前向散射光束依次經過光學延遲裝置(19)和第二偏振分束鏡(7)之后進入第二散射介質(3)，其中在第一散射介質(2)中產生的后向散射光束經過第三四分之一波片(16)之后被第一偏振分束鏡(6)反射之后進入第三散射介質(4),在經過分束鏡
(5)之后產生的另外一路激光束經過第二全反射鏡(15)的反射之后入射到第三偏振分束鏡(10)上，經過第三偏振分束鏡(10)之后分為兩路激光，其中被反射的激光束依次經過第四四分之一波片(17)和第四偏振分束鏡(11)以及第一四分之一波片(8)之后入射到第三散射介質(4)內，對于反向傳輸的較弱的后向散射光束進行放大，以得到能夠有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束經過第一四分之一波片(8)之后被第四偏振分束鏡(11)反射到該兼容裝置之外，在經過第三偏振分束鏡(10)之后產生的透射光束經過小孔光闌(12)之后被第一全反射鏡(14)反射，然后經過第二四分之一波片(13)之后被第二偏振分束鏡(7)反射之后入射到第二散射介質(3)內對前向散射光束進行放大，以得到可有效利用的前向散射光束，其中第一散射介質(2)、第二散射介質(3)和第四散射介質
(4)是完全相同的散射介質，所述控制器(18)分別與偏振旋轉裝置(9)和脈沖激光器(I)連接，分別控制經過偏振旋轉裝置(9)的激光束所發生的偏振旋轉角度和激光器輸出功率或波長的控制，其中所述光學延遲裝置(19)的作用是使得第一散射介質(2)中的前向散射光與經過第一全反射鏡(14)所反射的激光束同時到達第三散射介質(3)中，其中的第二四分之一波片(13)和第四四分之一波片(17)為對所述脈沖激光器(I)輸出波長的四分之一波片，第一四分之一波片(8)和第三四分之一波片(16)為對后向散射光波長的四分之一波片。
[0006]根據本發明的一實施例，所述激光器輸出激光束的帶寬小于等于30nm。
[0007]根據本發明的一實施例，所述分束鏡(5)的分光比為透射光/反射光=3/7_4/6。
[0008]根據本發明的一實施例，所述的分光比為3/7。
[0009]根據本發明的一實施例，所述小孔光闌(12)的孔徑優選等于或略小于激光器I所發射的激光束的直徑。
[0010]根據本發明的一實施例，所述偏振旋轉裝置(9)為磁致旋光介質，其能夠實現O到90度旋轉。
[0011]根據本發明的一實施例，所述偏振旋轉裝置(9)為實現Q開關的石英晶體，其能實現O度或90度的旋轉。
[0012]根據本發明的一實施例，所述光學延遲裝置(19)包括四個全反射鏡以及一個小孔光闌，用于實現光束傳輸的延遲。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]附圖1是本發明中前向散射和后向散射兼容裝置的示意圖；
【具體實施方式】
[0014]下面以【具體實施方式】來詳細說明本發明的前向散射和后向散射兼容裝置。
[0015]在附圖1中，I表不脈沖激光器，2、3、4表不相同的散射介質,5表不分束鏡，6、7、10、11表不偏振分束鏡，14、15表不全反射鏡,8,、13、16、17表不四分之一波片，12表不小孔光闌，9表偏振旋轉裝置，18表控制器，19表光學延遲裝置。
[0016]脈沖激光器I發出脈沖的線偏振激光束，該激光束通過偏振旋轉裝置9后入射到分束鏡5上,經過分束鏡5后分成兩路激光,其中一路依次經過偏振分束鏡6,四分之一波片16進入散射介質2，在介質2中分別產生比較弱的前向散射光束和后向散射光束，其中前向散射光束依次經過光學延遲裝置19以及偏振分束鏡7之后進入散射介質3，其中在散射介質2中產生的后向散射經過四分之一波片16之后被偏振分束鏡6反射之后進入散射介質4，在經過分束鏡5之后產生的另外一路激光經過全反射鏡15的反射之后入射到偏振分束鏡10上，經過偏振分束鏡之后分為兩路激光，其中被反射的激光束依次經過四分之一波片17和偏振分束鏡11以及四分之一波片8之后入射到散射介質4內，對于反向傳輸的較弱的后向散射光束進行放大，以得到能夠有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束經過四分之一波片8之后被偏振分束鏡11反射到裝置之外，在經過偏振分束鏡之后產生的透射光束經過小孔光闌12之后被全反射鏡14反射，然后經過四分之一波片13之后被偏振分束鏡7反射之后入射到散射介質3內對前向散射光束進行放大，以得到可有效利用的前向散射光束。其中在散射介質3和4中的相交的兩路光束都是以完全重合的方式相交的。
[0017]下面對于上述裝置中的各部件進行詳細的說明，其中的脈沖激光器需要發出脈沖的線偏振激光束，不能是非線偏振的激光束，否則無法產生預期的前向散射和后向散射，輸出波長可以任意選擇，只要與所選擇的散射介質相適應即可，該激光器所輸出的光束帶寬優選30nm以下，否則將使得散射的發生變得困難。其中的四分之一波片13和17為對激光器I輸出波長的四分之一波片，四分之一波片8和16為對后向散射光波長的四分之一波片，散射介質2，、3、4為完全相同的散射介質，它們可以包括水，二硫化碳等液體介質，也可以是KDP等的固態介質，其中該散射介質選擇要與激光器所輸出的波長以及實驗需求相適應，不需要固定為具體的哪種介質。如果三種介質不同，則可能會導致該實驗裝置無法使用，也即不能產生有效的前向和后向散射光束。分束鏡5為一般的分束鏡，也即將入射的光束按比例的分為透射光束和反射光束，本發明的分束鏡5的分光比優選為透射光/反射光=3/7-4/6(光強比)，優選為3/7，經過這樣的選擇，可以得到高效利用以及最大程度的產生散射光束的效果。
[0018]其中的全反射鏡14和15沒有特殊的要求，優選為鍍膜反射鏡，優選以最高的反射率對激光束進行反射。小孔光闌12的孔徑優選等于或略小于激光器I所發射的激光束的直徑，用于濾除激光束在長路徑的傳輸中所產生的空間噪聲。
[0019]偏振分束鏡6、7、10、11米用現有技術中的偏振分束鏡即可,也即對于一個方向的線偏振光束透射，則對垂直于該方向的線偏振光束反射。
[0020]偏振旋轉裝置9優選為能夠實現偏振防線脈沖可調的裝置，偏振方向的旋轉角度優選能夠實現0-90度的旋轉，實現這種功能的偏振旋轉裝置包括磁致旋光介質等，在使用這種偏振選裝裝置時，可實現前向散射與后向散射光強比例的調節，也即可以選擇該裝置主要用于前向散射還是主要用于后向散射，也可以選擇以較大的比例實現前向或后向散射，兩者散射所占的比例是可以調節的；這種偏振旋轉裝置還可選擇實現Q開關的各種石英晶體，通過施加電壓可實現偏振方向90度的旋轉，以這種偏振旋轉裝置實現的本發明的裝置，只能選擇使用該裝置實現前向散射還是實現后向散射。
[0021]控制器18用于控制偏振旋轉裝置9和激光器的控制，分別控制偏振旋轉裝置對于線偏振光所能實現的旋轉角度或者控制線偏振光是否需要旋轉90度，以及用于控制激光器的輸出功率，如果所采用的激光器是波長可調諧的，那么該控制器還控制該激光器的輸出波長。
[0022]光學延遲裝置19可包括四個反射鏡以及一個小孔光闌，其作用是用于實現光束傳輸的延遲，以使得散射介質2中的前向散射光與經過反射鏡14所反射的激光束到達散射介質3中的時間是相等的，也即是為了保證兩個光束同時達到散射介質3，該光學延遲裝置19中的小孔光闌的作用與小孔光闌的作用是一致的，不過其孔徑優選等于或略小于前向散射光束的直徑。
【權利要求】
1.一種基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:該裝置能夠同時實現前向散射和后向散射，或者可選擇的實現單一的前向散射或單一的后向散射。
2.根據權利要求1所述的基于脈沖激光束的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:包括:輸出線偏振光的脈沖激光器(I)，第一散射介質(2),第二散射介質(3),第三散射介質(4),分束鏡(5),第一偏振分束鏡(6),第二偏振分束鏡(7),第三偏振分束鏡(10),第四偏振分束鏡(11)，第一全反射鏡(14)，第二全反射鏡(15)，第一四分之一波片(8)，第二四分之一波片(13),第三四分之一波片(16),第四四分之一波片(17),小孔光闌(12),偏振旋轉裝置(9)，控制器(18)以及光學延遲裝置(19);所述激光器(I)發出脈沖的線偏振激光束通過偏振旋轉裝置(9)后入射到分束鏡(5)上，經過分束鏡(5)后分成兩路激光，其中一路依次經過第一偏振分束鏡(6)，第三四分之一波片(16)進入第一散射介質(2)，在第一散射介質(2)中分別產生比較弱的前向散射光束和后向散射光束，其中前向散射光束依次經過光學延遲裝置(19)和第二偏振分束鏡(7)之后進入第二散射介質(3)，其中在第一散射介質(2)中產生的后向散射光束經過第三四分之一波片(16)之后 被第一偏振分束鏡(6)反射之后進入第三散射介質(4)，在經過分束鏡(5)之后產生的另外一路激光束經過第二全反射鏡(15)的反射之后入射到第三偏振分束鏡(10)上，經過第三偏振分束鏡(10)之后分為兩路激光，其中被反射的激光束依次經過第四四分之一波片(17)和第四偏振分束鏡(11)以及第一四分之一波片(8)之后入射到第三散射介質(4)內，對于反向傳輸的較弱的后向散射光束進行放大，以得到能夠有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束經過第一四分之一波片(8)之后被第四偏振分束鏡(11)反射到該兼容裝置之外，在經過第三偏振分束鏡(10)之后產生的透射光束經過小孔光闌(12)之后被第一全反射鏡(14)反射，然后經過第二四分之一波片(13)之后被第二偏振分束鏡(7)反射之后入射到第二散射介質(3)內對前向散射光束進行放大，以得到可有效利用的前向散射光束，其中第一散射介質(2)、第二散射介質(3)和第四散射介質(4)是完全相同的散射介質，所述控制器(18)分別與偏振旋轉裝置(9)和脈沖激光器(I)連接，分別控制經過偏振旋轉裝置(9)的激光束所發生的偏振旋轉角度和激光器輸出功率或波長的控制，其中所述光學延遲裝置(19)的作用是使得第一散射介質(2)中的前向散射光與經過第一全反射鏡(14)所反射的激光束同時到達第三散射介質(3)中，其中的第二四分之一波片(13)和第四四分之一波片(17)為對所述脈沖激光器(I)輸出波長的四分之一波片，第一四分之一波片(8)和第三四分之一波片(16)為對后向散射光波長的四分之一波片。
3.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述激光器輸出激光束的帶寬小于等于30nm。
4.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述分束鏡(5)的分光比為透射光/反射光=3/7-4/6。
5.根據權利要求4所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述的分光比為 3/7。
6.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述小孔光闌(12)的孔徑優選等于或略小于激光器I所發射的激光束的直徑。
7.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述偏振旋轉裝置(9)為磁致旋光介質，其能夠實現O到90度旋轉。
8.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述偏振旋轉裝置(9)為實現Q開關的石英晶體，其能實現O度或90度的旋轉。
9.根據權利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容裝置，其特征在于:所述光學延遲裝置(19)包括四個全反射鏡以及一個小`孔光闌，用于實現光束傳輸的延遲。
【文檔編號】G02B27/28GK103744190SQ201410026016
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優先權日:2014年1月17日
【發明者】任芝, 陳杰, 李松濤, 張曉宏 申請人:華北電力大學（保定）