激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法与流程

本发明涉及到一种在播种或种植前测试或处理种子、根茎或类似物的方法，尤其涉及到一种激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法。

背景技术：

相对传统的紫外诱变育种，激光诱变育种具有高效、稳定、高选择性、回复突变率低、定向变异率高、辐射损伤轻、当代变异、无污染等优点，并且激光还可以促使农作物增产、提高植物的光合效率等优点。激光诱变育种常用的激光器有CO2和He-Ne激光器。由于激光处理种子技术中一项很重要的不确定因素就是激光辐照的剂量问题，故为了能够有效的进行实验，需要所用激光器辐射功率密度可调，这样才能满足不同实验要求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述问题，提供了一种激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法。

本发明的激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法，其具体操作方法如下：

1)调节仪器：将He-Ne激光器、聚焦透镜、双偏振片、扩束镜和反射镜的中心调节至同一高度，且测量各仪器之间的距离；

2)求辐照种子光斑面积：根据He-Ne激光器的参数以及步骤1中测得的数据，求得辐照种子光斑面积；

3)调节辐射功率密度：调节扩束镜的倍数，通过改变辐照种子光斑面积来调节辐射功率密度或调节双偏振片，通过改变双偏振片的出射光强来调节辐射功率密度。

作为本发明的进一步改进，聚焦透镜为薄透镜。

作为本发明的进一步改进，反射镜为45°倾斜。

本发明的激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法，其所使用设备简单，成本低，而且具有激光辐射功率密度灵活可调的优点，能够满足种子辐照实验中对于激光辐照剂量的可调，提高了实验的效率。

附图说明

图1为本发明的激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法，作进一步说明：

本发明的激光辐照种子的辐射功率密度的调节方法，其特征在于具体操作方法如下：

1)调节仪器：将He-Ne激光器1、聚焦透镜2、双偏振片3、扩束镜4和反射镜5的中心调节至同一高度，且测量各仪器之间的距离；

如图1所示，He-Ne激光器发射出的高斯光束经过聚焦透镜聚焦后再穿过双偏振片，并依次扩束镜放大、准直镜准直后，由45°反射镜反射至操作台上的种子辐照区域；其中，双偏振片为同轴且能够相对旋转的两个偏振片构成，与聚焦透镜相邻的为第一偏振片(起偏片)，与扩束镜相邻的为第二偏振片(检偏片)；在调节仪器后，测量He-Ne激光器与聚焦透镜之间的距离，和聚焦透镜与第一偏振片之间的距离Z₁，

2)求辐照种子光斑面积：根据He-Ne激光器的参数以及步骤1中测得的数据，求得辐照种子光斑面积，如下为公式推导过程：

根据事先测量或产品说明书中的He-Ne激光器的参数可以得到激光器出射高斯光束位于He-Ne激光器输出端的光斑以及该出射高斯光束的束腰半径，根据高斯光束的特性，高斯光束的截面半径与束腰半径以及该截面与束腰之间的距离相关，有公式：

$\mathrm{\ω}\left(Z\right)={\mathrm{\ω}}_0\sqrt{1+{\left(\frac{\mathrm{\λ}Z}{{\mathrm{\π\ω}}_0^2}\right)}^2}---\left(1\right)$

上述公式(1)中ω(Z)为与高斯光束束腰距离为Z的截面半径，ω₀为激光器出射高斯光束的束腰半径，Z为高斯光束束腰与上述截面之间的距离，λ为激光的波长；通过公式(1)以及光路的可逆性，得到激光器出射高斯光束的束腰与He-Ne激光器的距离；

用步骤1中测量得到的He-Ne激光器与聚焦透镜之间的距离减去上述激光器出射高斯光束的束腰与He-Ne激光器的距离，得到激光器出射高斯光束的束腰与聚焦透镜入射面的距离Z₀；

设激光器出射高斯光束的在聚焦透镜入射面上的光斑半径为ω₁，将Z₀代入公式(1)，得到：

${\mathrm{\ω}}_1={\mathrm{\ω}}_0\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\λZ}}_0}{{\mathrm{\π\ω}}_0^2}\right)}^2}---\left(2\right)$

解公式(2)，能够求得激光器出射高斯光束的在聚焦透镜入射面上的光斑半径ω₁；

根据高斯光束的特性，当高斯光束经过聚焦透镜后出射光束仍为高斯光束，设聚焦透镜出射高斯光束的束腰半径为ω₂，则聚焦透镜两边的高斯光束的束腰半径会满足如下变换关系：

${\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_2}{{\mathrm{\ω}}_0}\right)}^2=\frac{1}{{(1-\frac{Z_0}{f})}^2+\frac{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\ω}}_0^4}{{\mathrm{\λ}}^2{f}^2}}---\left(3\right)$

解公式(3)，f为聚焦透镜的已知焦距，能够求得聚焦透镜出射高斯光束的束腰半径ω₂；

然后，根据光路的可逆性，设聚焦透镜出射高斯光束在聚焦透镜出射面上的光斑半径为ω₃，聚焦透镜出射高斯光束的束腰与聚焦透镜出射面的距离为Z₂，根据公式(1)推出如下公式：

${\mathrm{\ω}}_3={\mathrm{\ω}}_2\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\λZ}}_2}{{\mathrm{\π\ω}}_2^2}\right)}^2}---\left(4\right)$

因为当聚焦透镜为薄透镜情况下，根据高斯光束特性，薄透镜两侧的前后的光束截面半径应相等，所以聚焦透镜入射面光斑的半径(激光器出射高斯光束的在聚焦透镜入射面上的光斑半径)等于聚焦透镜出射面光斑的半径(聚焦透镜出射高斯光束在聚焦透镜出射面上的光斑半径)，即ω₁＝ω₃，将其代入公式(4)，则最终求得聚焦透镜出射高斯光束的束腰与聚焦透镜出射面的距离Z₂；

设聚焦透镜出射高斯光束的束腰与第一偏振片的距离Z₃，则有如下公式：

Z₃＝Z₁-Z₂ (5)

解公式(5)，能够求得聚焦透镜出射高斯光束的束腰与第一偏振片的距离Z₃；

设聚焦透镜出射高斯光束在第一偏振片上的光斑半径为ω₄，且该ω₄与ω₂相关，代入公式(1)中，得到如下公式：

${\mathrm{\ω}}_4={\mathrm{\ω}}_2\sqrt{1+{\left(\frac{{\mathrm{\λZ}}_3}{{\mathrm{\π\ω}}_2^2}\right)}^2}---\left(6\right)$

解公式(6)，能够求得聚焦透镜出射高斯光束在第一偏振片上的光斑半径ω₄，因为第一偏振片和第二偏振片之间的距离很小，所以高斯光束在经过双偏振片后认为光斑半径不变，由图1可以得知，最后反射到操作台上的辐照种子光斑面积与聚焦透镜出射高斯光束在第一偏振片上的光斑半径ω₄，以及扩束镜的倍数有关，设扩束镜的倍数为n，这该辐照种子光斑面积为：

A＝π(nω₄)² (7)

3)调节辐射功率密度：调节扩束镜的倍数，通过改变辐照种子光斑面积来调节辐射功率密度或调节双偏振片，通过改变双偏振片的出射光强来调节辐射功率密度。

辐射功率密度与辐照种子光斑面积成反比，如果在其他条件不变的情况下，根据公式(7)改变扩束镜的倍数，则会改变辐照种子光斑面积，从而改变辐射功率密度；

而且，双偏振片两侧的的入射光强和出射光强满足马吕斯定律：

$I=\frac{I_0}{2}{\cos }^2\mathrm{\θ}---\left(8\right)$

上述公式(8)中I为出射光强，I₀为入射光强，θ为第二偏振片偏振方向与第一偏振片偏振方向的夹角，由于功率与光强成正比，则根据公式(7)，在其他条件不变的情况下，改变第一偏振片偏振方向与第二偏振片偏振方向的夹角θ，从而通过改变出射光强来改变功率，进而改变辐射功率密度。

以上两者改变辐射功率密度的方法可以单独使用也可以配合使用。