一種3～5μm中紅外波段Z-掃描裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本專利涉及一種利用光學手段測量材料非線性的裝置，可精確測量所述波段的光束質量、光束聚焦位置，也能夠開展3?5 μπι的波長可調諧范圍內的二維Ζ-掃描。屬于非線性光學材料和非線性光學信息處理領域。
【背景技術】
[0002]非線性光學材料由于在光開關、激光防護材料及光信息處理等方面的應用具有廣泛的發展前景而日益受到人們的重視，材料的非線性光學特性的測量技術也隨之成為研究的熱點。激光Ζ-掃描方法以其操作方便、靈敏度高等特點成為目前非線性光學材料的非線性光學特性的主要表征方法。
[0003]但是，常規的Ζ-掃描裝置對激光束的探測僅僅針對某一特定的波長，很難在3?5 μπι中紅外波段對多波長(波長可大范圍調諧)的激光束的發散角、束腰半徑、共焦長度、能量波動進行精確測量。此外，由于無法對連續可調諧激光束光束質量進行分析，常用的Ζ-掃描裝置也無法對測試數據進行處理并繪制圖形，給研究帶來極大的不便。
[0004]因而，需要尋找新的探測裝置，以精確地對中紅外波段的光束質量以及對應的非線性材料的非線性特性進行測量。
【發明內容】
[0005]本專利的目的是提供一種3?5 μ m中紅外波段Z-掃描裝置，利用本裝置，可以對所述的光束質量以及待測樣品的非線性特性進行精確的測量，也可以對測量數據進行處理并繪制圖形。
[0006]—種3?5 μ m中紅外波段Z-掃描裝置，所述裝置包括:
[0007]M100、光強米集模塊:所述光強米集模塊包括CaF2*光鏡、CaF 2束腰生成鏡、第一探頭、第二探頭；
[0008]所述CaF2分光鏡與水平方向呈45°，將入射光分為透射光和反射光兩束光；所述入射光為3?5 μπι中紅外波段的激光光束；
[0009]所述第一探頭用于采集反射光光強，并將光強轉換成電信號傳送給掃描控制模塊的掃描控制器；
[0010]所述第二探頭用于采集經CaF2束腰生成鏡后入射到待測樣品并從待測樣品透過的透射光光強，并將光強轉換成模擬電信號傳送給控制模塊的掃描控制器；
[0011]M200、樣品平臺模塊:所述樣品平臺模塊包括用于放置待測樣品電動平移臺；
[0012]M300、掃描控制模塊:所述掃描控制模塊中的掃描控制器與第一探頭和第二探頭直接相連，并將獲得模擬電信號經中間件轉換成數據處理模塊能夠處理的數據格式；
[0013]M400、操作控制模塊:所述操作控制模塊能夠完成的控制操作包括調節第一探頭和第二探頭的光譜響應范圍、掃描控制器的掃描速度以及向單片機發送控制命令控制電動平移臺的移動；
[0014]M500、數據處理模塊:接收數據包括單片機傳來的關于電動平移臺的位移數據、掃描控制模塊獲得的光強數據，所述光強數據包括反射光光強數據以及經待測樣品的透射光光強數據。
[0015]在本發明中將Z-掃描與光束質量分析合二為一，直接測量光束的光束質量、焦點位置、待測樣品的非線性光學特性，并能對不同波長、重復頻率、不同輸出功率條件下激光聚焦位置、發散角、M2因子等進行標定。
[0016]本專利與傳統的技術相比有以下優勢:
[0017](1)結構簡單，測量方便，能夠對激光器發出的3?5 μ m波段內的光束質量和激光束聚焦點位置進行精確測量；
[0018](2)大幅度提高了光束測量的精度和穩定性，將光束尺寸和光束瞄準的測量誤差降低至幾百個納米，可以對非常小的光斑進行精確測量；
[0019](3)將光束質量分析與Z-掃描合二為一；通過進一步在數據處理模塊增加分析功能，可對連續可調諧激光光束質量分析的基礎上，同時開展樣品在3?5 μπι寬的波長可調諧范圍內的二維Ζ-掃描實驗；
[0020](3)能夠精確測量變化的光強值，高速采集數據并繪制圖形曲線，方便對測量結果的處理。
【附圖說明】
[0021]圖1為3?5 μπι中紅外波段二維Ζ-掃描裝置的結構原理圖；
[0022]其中，1、入射激光束；2、CaF2分光鏡；3、第一探頭；4、CaF 2束腰生成鏡；5、待測樣品；6、電動平移臺；7、可變小孔光闌；8、第二探頭；9、單片機；10、PC機；11、PCI卡；12、掃描控制器；
[0023]圖2為掃描控制器和PCI卡的設計原理圖；
[0024]其中，13、信號放大器；14、濾波器；15、通信接口 ；16、掃描電機；17、EEPR0M ;18、數字編碼器；19、控制單元；20、A/D轉換器；21、板存儲器；22、PCI控制器。
【具體實施方式】
[0025]在一個基礎實施例中，提供了一種3?5 μπι中紅外波段Z-掃描裝置，所述裝置包括:
[0026]Μ100、光強米集模塊:所述光強米集模塊包括CaF2*光鏡、CaF 2束腰生成鏡、第一探頭、第二探頭；
[0027]所述CaF2分光鏡與水平方向呈45°，將入射光分為透射光和反射光兩束光；所述入射光為3?5 μπι中紅外波段的激光光束；
[0028]所述第一探頭用于采集反射光光強，并將光強轉換成電信號傳送給掃描控制模塊的掃描控制器；
[0029]所述第二探頭用于采集經CaF2束腰生成鏡后入射到待測樣品并從待測樣品透過的透射光光強，并將光強轉換成模擬電信號傳送給控制模塊的掃描控制器；
[0030]M200、樣品平臺模塊:所述樣品平臺模塊包括用于放置待測樣品電動平移臺；
[0031]M300、掃描控制模塊:所述掃描控制模塊中的掃描控制器與第一探頭和第二探頭直接相連，并將獲得模擬電信號經中間件轉換成數據處理模塊能夠處理的數據格式；
[0032]M400、操作控制模塊:所述操作控制模塊能夠完成的控制操作包括調節第一探頭和第二探頭的光譜響應范圍、掃描控制器的掃描速度以及向單片機發送控制命令控制電動平移臺的移動；
[0033]M500、數據處理模塊:接收數據包括單片機傳來的關于電動平移臺的位移數據、掃描控制模塊獲得的光強數據，所述光強數據包括反射光光強數據以及經待測樣品的透射光光強數據。
[0034]在本實施例中，所述裝置能夠適用于波長可大幅度調諧、脈沖重復頻率可調諧、高單脈沖能量的3?5 μ m中紅外波段的激光光束，并對3?5 μ m波段內的光束質量和激光束聚焦點位置進行精確測量；并且能夠開展樣品在3?5 μ m寬的波長可調諧范圍內的二維Z-掃描實驗，并在進行光束質量測量的同時，可對光斑大小、峰值中心、幾何中心等參數分析。
[0035]在進行測量時，將第一探頭和第二探頭定位于光束路徑上的待測位置，主探測單元接收狹縫上的入射光束，鼓輪旋轉使狹縫遍歷主探測單元，兩個探頭輸出與空間光強分布成比例的模擬信號；爾后，使全部光束入射到探測單元上，獲得與光束總功率成正比的信號；最后將獲得的數字信號數據傳輸給數據處理模塊進行數據分析和顯示。所述數據處理模塊可以是一個獨立的硬件模塊裝置，也可以是部署在其它設備或裝置上的一個軟件模塊。
[0036]在這個實施例中，不限制單片機的控制指令的來源，其可能是來自PC機軟件系統，也可能是操作人員操作的外部控件。
[0037]在一個實施例中，所述單片機為AT89S52單片機。
[0038]在一個實施例中，進一步提供了 3?5 μπι中紅外波段的激