專利名稱:紅外光偵測(cè)卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型提供了一種紅外光偵測(cè)卡,特別是針對(duì)較高功率的紅外光的偵測(cè)使用,藉由非線性光學(xué)晶體粉末本身可承受雷射功率較高,不容易被破壞,且其在接受高功率雷射的照射后,無飽和延遲效應(yīng),能即時(shí)經(jīng)過非線性效應(yīng)產(chǎn)生較小面積的可見清晰光點(diǎn),極適合于中、高功率紅外光的準(zhǔn)直校正等場(chǎng)合。
光電科技的發(fā)達(dá),促使各種波長(zhǎng)的雷射大量地應(yīng)用于各式各樣不同的領(lǐng)域,其中波長(zhǎng)范圍為可見光的雷射或光源僅占應(yīng)用領(lǐng)域的一部份,許多雷射輸出的光束其波長(zhǎng)范圍是不可見紅光,由于紅外光所發(fā)出的光其波長(zhǎng)位于無法直接利用肉眼觀察的不可見光范圍,所以在實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用進(jìn)行時(shí)最基本卻也是最困難的部分,即在于整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)雷射光源的準(zhǔn)直校正(alignment),基于無法直接利用肉眼精準(zhǔn)的確定雷射光路徑,也就無法使實(shí)驗(yàn)或各種應(yīng)用順利的繼續(xù)進(jìn)行。因此,如何可以使實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),在不影響實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置的前提下,輕易辨識(shí)實(shí)驗(yàn)光源所使用的不可見雷射光的路徑、位置及強(qiáng)度等相關(guān)物理參數(shù),對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作的進(jìn)行及其操作難易程度,扮演著極為重要的角色。
在先前技術(shù)中,類似的紅外光偵測(cè)卡的操作原理乃利用原子吸收入射光子能量后再釋出可見光的原理,藉由原子能階的躍遷將多個(gè)入射光子能量累積后,再釋出一個(gè)可見光子,以達(dá)到偵測(cè)紅外光的目的。此種利用原子能階特性制成的紅外光偵測(cè)卡的優(yōu)點(diǎn)是其對(duì)紅外光的敏感度高,即使對(duì)功率較低的紅外光亦可產(chǎn)生反應(yīng),并發(fā)出可見光。然其高敏感度的優(yōu)點(diǎn)亦正為其缺點(diǎn),雖然可以看到紅外光能在傳統(tǒng)的偵測(cè)卡上產(chǎn)生一塊可見光點(diǎn),但該可見光點(diǎn)很快的就會(huì)變暗而必須移動(dòng)偵測(cè)卡,須利用偵測(cè)卡的其他部位才能繼續(xù)觀察該紅外光。這是因?yàn)橐话闶褂玫募t外光偵測(cè)卡是利用對(duì)光敏感度高的螢光(Fluorescence)技術(shù)作成,此種物質(zhì)對(duì)光的反應(yīng)較遲緩,容易對(duì)光強(qiáng)度產(chǎn)生飽和與延遲的效尖。所以在受到一定程度的照射能量后就必須利用類似充電或放電的方式,將光子作適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充,并間隔一段時(shí)間才能繼續(xù)使用,其恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng),造成應(yīng)用上極大的困擾與不便。
再者,該利用螢光技術(shù)作成的偵測(cè)卡,是對(duì)微弱紅外光的敏感性高,相對(duì)地也容易在高紅外光照射下呈現(xiàn)輸出飽和的情形,導(dǎo)致所看到的并不是實(shí)際光束大小,而是一片較大的光點(diǎn)。因此,在實(shí)際偵測(cè)功率較高的高能紅外光時(shí),該偵測(cè)卡會(huì)產(chǎn)生一面積較大的光斑,無法適時(shí)的反映雷射光束的精確位置與品質(zhì),進(jìn)而影響實(shí)際使用上判斷紅外光的位置及光點(diǎn)大小的準(zhǔn)確性。同時(shí),已知以螢光技術(shù)制成的偵測(cè)卡,其偵測(cè)元件上所包覆的材料,是使用一般的低抗雷射強(qiáng)度塑膠材質(zhì),因此無法承受高雷射功率,容易受到雷射能量的損害,進(jìn)而于實(shí)驗(yàn)操作時(shí),徒增看顧與更新偵測(cè)卡的額外負(fù)擔(dān)與困擾。
本創(chuàng)作人有鑒于目前所使用的技術(shù)無法克服上述的諸多缺點(diǎn),經(jīng)細(xì)心研究與試驗(yàn),本著改良此技術(shù)的熱忱,終發(fā)明出利用非線性光學(xué)物質(zhì)粉末產(chǎn)生二次諧頻可見光的紅外光偵測(cè)卡,以適應(yīng)波長(zhǎng)范圍為不可見紅外光的應(yīng)用領(lǐng)域所需。
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種紅外光偵測(cè)卡,其原理是利用非線性光學(xué)晶體特有的二次諧頻產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)將入射光倍頻,使其從不可見紅外光轉(zhuǎn)變成可見光的特性,加以加工利用并改良,使成為一使用方便、能量轉(zhuǎn)換效率高,適合中高功率紅外光使用的紅外光偵測(cè)卡,給使用者提供一種可視的紅外光偵測(cè)工具。
為達(dá)上述的目的,本實(shí)用新型所提供的紅外光偵測(cè)卡,至少是在偵測(cè)卡本體上覆有一層非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層,用以將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光,其中該非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層為加工研磨成細(xì)微顆粒的非線性光學(xué)晶體粉末,藉由該晶體所特有的二次諧頻產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng),使得原本為不可見紅外光的光束在射入該偵測(cè)卡后,因?yàn)槎沃C頻產(chǎn)生的非線性光學(xué)效應(yīng),而轉(zhuǎn)換為一波長(zhǎng)范圍為可見光的光點(diǎn),且于偵測(cè)卡本體上覆蓋及固定有具抗雷射強(qiáng)度與高能特性的復(fù)蓋層,以避免于偵測(cè)高功率的雷射時(shí)因無法負(fù)荷而被破壞并造成偵測(cè)卡損壞,進(jìn)而使本實(shí)用新型具有下列特點(diǎn)其一,該欲偵測(cè)光源為一雷射光源,特別是其輸出光束的波長(zhǎng)范圍為不可見光的紅外光,其波長(zhǎng)范圍是為800nm至1500nm。
其二,該卡還包括一層非線性光學(xué)晶體粉末涂復(fù)層覆于一固定平面上,其粉末顆粒直徑小于等于所欲偵測(cè)的紅外光在該晶體中產(chǎn)生倍頻光的同調(diào)長(zhǎng)度(coherence length),以提高非線性效應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率,同時(shí),使偵測(cè)卡亦能有效降低其最小偵測(cè)功率,符合實(shí)際應(yīng)用所需。
其三,該卡還包括一透明覆被薄膜,用以固定非線性光學(xué)晶體粉末于偵測(cè)平面上,其為具有抗高熱、高能特性的物質(zhì),如玻璃紙、石英薄膜等,避免偵測(cè)卡于偵測(cè)高功率雷射時(shí),因無法負(fù)荷其能量而被破壞,以適用于偵測(cè)高能量的雷射。
簡(jiǎn)言之,本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是利用具有二次諧頻產(chǎn)生非線性光學(xué)特性的非線性光學(xué)晶體,將其磨成細(xì)微粉末,利用其可將不可見紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的非線性光學(xué)特性,使得所欲偵測(cè)的不可見紅外光射至該偵測(cè)卡后,于粉末狀的晶體上產(chǎn)生一相對(duì)應(yīng)雷射光束大小的可見光光點(diǎn)。因此,可將原本波長(zhǎng)范圍為不可見光的雷射入射光轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽猓苑奖惚孀R(shí)該不可見光雷射光束的方向、位置、大小等重要物理參數(shù)。
下面結(jié)合說明書附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
圖1為揭示本實(shí)用新型的正視圖;圖2是圖1的A-A剖視圖。
本實(shí)用新型的紅外光偵測(cè)卡,至少在偵測(cè)卡1的本體11上覆有一層非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層2,用以將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光,請(qǐng)配合圖1所舉的應(yīng)用實(shí)施例,以便詳加闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容;其中,本體是以能耐高功率雷射的偵測(cè)所使用的特殊材質(zhì)制成透明薄片,如玻璃或石英等,其外型是隨實(shí)際上的需求而做改變、調(diào)整,可以作成類似一般光學(xué)鏡架般的造型,以利光學(xué)器材將之固定并應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中,在本實(shí)施例中為了一般使用上的方便考慮,是將本體11作成名片般的外型(如圖1所示),并于本體11上設(shè)有一立體空間以覆置非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層2(如圖2所示),形成一偵測(cè)區(qū)12;涂復(fù)層2中非線性光學(xué)物質(zhì)為具有二次諧頻(Second Harmonic Generation,S.H.G.)產(chǎn)生功能的晶體,例如Lithium Niobate或KTP等晶體,使原本波長(zhǎng)范圍為不可見之入射光的頻率加倍(波長(zhǎng)減半)轉(zhuǎn)變成可見光,進(jìn)而達(dá)到偵測(cè)不可見紅外光的目的,藉此作為本實(shí)用新型的反應(yīng)機(jī)制,在本實(shí)施例中,是將涂復(fù)層2中非線性光學(xué)物質(zhì)的晶體研磨成細(xì)微顆粒粉末,并將該粉末均勻涂布于本體11的立體空間(見圖2所示),形成一偵測(cè)區(qū)12(配合圖1所示),且以透明薄膜復(fù)蓋層3覆蓋并固定的(配合圖2所示),使涂復(fù)層2中的非線性光學(xué)晶體固定于偵測(cè)本體11上,形成一偵測(cè)卡1;同時(shí),非線性光學(xué)物質(zhì)的粉末顆粒大小,是與偵測(cè)卡1偵測(cè)紅外光時(shí)的效能有著一定的關(guān)系,在非線性光學(xué)中,同調(diào)長(zhǎng)度的定義為入射光能夠持續(xù)將能量轉(zhuǎn)變成二次諧頻輸出光的距離,故該非線性光學(xué)晶體的顆粒直徑應(yīng)小于等于所欲偵測(cè)的紅外光在該晶體中產(chǎn)生倍頻的同調(diào)長(zhǎng)度(SHGCoherence Length)為較佳,以有效的提高非線性效應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率,且非線性光學(xué)物質(zhì)的粉末的顆粒越小,其能量轉(zhuǎn)換的效率越高,也就是該偵測(cè)卡1的最低偵測(cè)功率越低,如從最小偵測(cè)雷射功率的考慮來看,偵測(cè)卡1應(yīng)能有效降低其最小偵測(cè)功率,以符合實(shí)際應(yīng)用所需。
再者,該薄膜復(fù)蓋層3是以耐高強(qiáng)度雷射的材料所制成,用以覆蓋及固定該非線性光學(xué)晶體粉末涂復(fù)層2于該偵測(cè)卡1上(配合圖2所示),例如特殊膠膜、玻璃、或石英等,具有抗雷射強(qiáng)度及高能特性,以避免偵測(cè)卡1于偵測(cè)高功率雷射時(shí),因無法負(fù)荷其能量而被破壞,所以不需要擔(dān)心待測(cè)雷射的功率過高而可能損壞偵測(cè)卡1。
本實(shí)用新型是利用非線性光學(xué)物質(zhì)的二次諧頻產(chǎn)生可將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的非線性光學(xué)特性作為偵測(cè)的機(jī)制,故其可偵測(cè)的不可見紅外光的波長(zhǎng)范圍大約是可見光的兩倍,同時(shí)本實(shí)用新型因利用非線性光學(xué)晶體粉末作為主要的偵測(cè)元件,其對(duì)高功率雷射可能造成晶體破壞的忍受程序(Damage Threshold)較高,而且不會(huì)有飽和延遲(Saturation Delay)的效應(yīng),加上利用具有較高被破壞極限(Laser Damage Threshold)的材質(zhì),如玻璃紙或石英膜等作為覆蓋偵測(cè)卡1及固定非線性光學(xué)晶體粉末涂復(fù)層2的薄膜復(fù)蓋層3(配合圖2所示),故偵測(cè)卡1特別適用于偵測(cè)高功率雷射。
以可見光波長(zhǎng)的范圍400nm至750nm為例,偵測(cè)卡1可測(cè)得的紅外光的波長(zhǎng)范圍約為800nm至1500nm,若舉一波長(zhǎng)為1064nm紅外光范圍的NdYAG雷射做為欲偵測(cè)的光源,并將此紅外光射入偵測(cè)卡1的偵測(cè)區(qū)12內(nèi)的非線性光學(xué)物質(zhì)粉末時(shí)(配合圖1所示),藉由二次諧頻的非線性效應(yīng),使原本雷射波長(zhǎng)為1064nm的不可見紅外光,倍頻成波長(zhǎng)為532nm的綠色可見光,經(jīng)這樣的過程,即可明顯的看見為不可見光的雷射在偵測(cè)卡1上產(chǎn)生一綠色小光點(diǎn),且該綠色光點(diǎn)是持續(xù)存在,不會(huì)在受到一段時(shí)間的照射后就消失,因此不需要不斷的移動(dòng)偵測(cè)卡1以持續(xù)的觀察該紅外光,使得原本無法由肉眼辨識(shí)的紅外光轉(zhuǎn)變成可直接由肉眼辨識(shí)的可見光,如此一來,不可見光束行進(jìn)的方向、位置、截面大小、截面品質(zhì)等重要物理參數(shù)均可輕易獲得,以利各種實(shí)際的應(yīng)用。
尤須一提的是,本實(shí)用新型與已有的利用螢光技術(shù)制成的紅外光偵測(cè)卡1的最大不同點(diǎn)是在于,本實(shí)用新型主要偵測(cè)元件本身即為一非線性光學(xué)晶體,對(duì)于高功率雷射具有較高的抗破壞性,也就是當(dāng)受測(cè)雷射光的功率越來越高的情況下,仍能對(duì)高功率紅外光的位置及光點(diǎn)作準(zhǔn)確而即時(shí)地偵測(cè)和判別,同時(shí),另可采用具抵抗較高能量的石英、玻璃等材質(zhì),作為包覆偵測(cè)卡1的材料,以避免本體11上用以包覆及固定的薄膜復(fù)蓋層3遭受高功率雷射破壞。所以,本實(shí)用新型的偵測(cè)卡1具有優(yōu)異的抗雷射強(qiáng)度與偵測(cè)精度,特別適用于偵測(cè)峰值強(qiáng)度約大于1 killowatt/mm2的高功率紅外光。
另,該非線性光學(xué)物質(zhì)的粉末亦可與膠體或液體充分混合,或使混有該粉末的膠體或液體凝結(jié)形成固體,使混有粉末的膠體、液體或固體利于披覆或載置于偵測(cè)本體上,促使非線性光學(xué)物質(zhì)的粉末能配合實(shí)際所需,舉如實(shí)施成適用于一般光學(xué)鏡架的鏡片或鏡體等,以廣泛應(yīng)用于光學(xué)系統(tǒng)中,并提高其產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。同時(shí),本實(shí)用新型得由熟悉本技術(shù)的人士任施巧思加以諸般作為、修飾,然其基本皆不脫離本實(shí)用新型所附申請(qǐng)專利所欲保護(hù)范圍。
綜上所述,本實(shí)用新型的一種紅外光偵測(cè)卡,是利用非線性光學(xué)的二次諧頻產(chǎn)生非線性效應(yīng),使原本為不可見紅外光,于偵測(cè)卡1上產(chǎn)生無飽和延遲效應(yīng)的較小面積的可見清晰光點(diǎn),且偵測(cè)卡1本身即為一光學(xué)晶體,而具有極高的雷射破壞閥值(Laser Danage Threshold),并另可于其外層包覆抵抗高強(qiáng)度雷射的材料,排除偵測(cè)卡1遭受高能雷射破壞的疑慮,特別適用于偵測(cè)高能量的雷射,本實(shí)用新型確已符合專利要求,依法提出實(shí)用新型專利申請(qǐng)。
權(quán)利要求1.一種紅外光偵測(cè)卡,包括本體、復(fù)蓋層和涂復(fù)層,其特征是本體上至少覆有一層足以產(chǎn)生二次諧頻非線性光學(xué)效應(yīng)(Second HarmonicGeneration)并用以將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層,和具有抗雷射強(qiáng)度與高能特性的復(fù)蓋層。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是本體為一卡片。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層為任一具備二次非線性光學(xué)參數(shù)的物質(zhì)經(jīng)加工成粉末狀。
4.如權(quán)利要求3所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是非線性光學(xué)物質(zhì)粉末的顆粒直徑大小為小于等于該待測(cè)紅外光在該非線性光學(xué)物質(zhì)中產(chǎn)生二倍頻光子的同調(diào)長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求3所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是非線性光學(xué)粉末可混入膠體或液體中,亦或使混有非線性光學(xué)粉末的膠體或液體凝結(jié)成固體。
6.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層為一非線性光學(xué)晶體鈮酸鋰(lithium niobate,LiNbO3)經(jīng)加工研磨制成的粉末。
7.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是非線性光學(xué)物質(zhì)涂復(fù)層為一非線性光學(xué)晶體KTP經(jīng)加工研磨制成的粉末。
8.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是本體表面覆蓋層為一塑膠制成的薄膜。
9.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是本體表面覆蓋層為一玻璃制成的薄膜。
10.如權(quán)利要求1所述的紅外光偵測(cè)卡,其特征是本體表面覆蓋層為一石英制成的薄膜。
專利摘要一種紅外光偵測(cè)卡,包括本體、覆蓋層和涂復(fù)層,其特征是本體上至少覆有一層足以產(chǎn)生二次諧頻非線性光學(xué)效應(yīng)(Second Harmonic Generation)并用以將紅外光轉(zhuǎn)換成可見光的非線性光學(xué)物質(zhì)涂覆層,和具有抗鐳射強(qiáng)度與高能特性的覆蓋層。其優(yōu)點(diǎn)是利用非線性光學(xué)晶體所特有的二次非線性特性將入射光倍頻,使原本為不可見紅外光波長(zhǎng)減半而成為可見光,以達(dá)到偵測(cè)紅外光的目的。
文檔編號(hào)G01J3/10GK2421629SQ0023361
公開日2001年2月28日 申請(qǐng)日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月11日
發(fā)明者黃衍介 申請(qǐng)人:龍彩科技股份有限公司