基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置制造方法
【专利摘要】一种基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于：该装置能够同时实现前向散射和后向散射，或者可选择的实现单一的前向散射或单一的后向散射。
【专利说明】基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光散射实验装置，属于光电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002]光学散射中包含有三种前向散射,后向散射，以及侧向散射，目前的用于光散射的教学和科研装置中，每种装置只能进行一种形式的散射，要么只能进行前向散射，要么只能进行后向散射，这种装置的存在导致了很多资金和时间的浪费，例如在购置科研或教学设备时，需要针对前向散射和后向散射各购置一套，如果是用于学生实验学习的用的，可能需要分别购置几十台到上百台，如果学校自己购置零件，老师或学生自己组装实验装置的话，则需要针对不同的方向散射组装不同的实验装置，太耗费时间，并且在很多时候，往往需要学生同时观察前向和后向两种散射，这种对比能够更加形象和具体，便于学生的理解和掌握，但是现有的装置明显无法满足这种需求。
【发明内容】
[0003]本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置，很好的解决现有技术中所存在的问题。
[0004]根据本发明的一实施例，提供了一种基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:该装置能够同时实现前向散射和后向散射，或者可选择的实现单一的前向散射或单一的后向散射。
[0005]根据本发明的一实施例，该装置包括:输出线偏振光的脉冲激光器(I)，第一散射介质(2)，第二散射介质(3)，第三散射介质(4),分束镜(5),第一偏振分束镜(6),第二偏振分束镜(7)，第三偏振分束镜(10),第四偏振分束镜(11)，第一全反射镜(14),第二全反射镜(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)，小孔光阑(12)，偏振旋转装置(9)，控制器(18)以及光学延迟装置(19)；所述激光器(I)发出脉冲的线偏振激光束通过偏振旋转装置(9)后入射到分束镜(5)上，经过分束镜(5)后分成两路激光,其中一路依次经过第一偏振分束镜(6),第三四分之一波片(16)进入第一散射介质(2)，在第一散射介质(2)中分别产生比较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经过光学延迟装置(19)和第二偏振分束镜(7)之后进入第二散射介质(3)，其中在第一散射介质(2)中产生的后向散射光束经过第三四分之一波片(16)之后被第一偏振分束镜(6)反射之后进入第三散射介质(4),在经过分束镜
(5)之后产生的另外一路激光束经过第二全反射镜(15)的反射之后入射到第三偏振分束镜(10)上，经过第三偏振分束镜(10)之后分为两路激光，其中被反射的激光束依次经过第四四分之一波片(17)和第四偏振分束镜(11)以及第一四分之一波片(8)之后入射到第三散射介质(4)内，对于反向传输的较弱的后向散射光束进行放大，以得到能够有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束经过第一四分之一波片(8)之后被第四偏振分束镜(11)反射到该兼容装置之外，在经过第三偏振分束镜(10)之后产生的透射光束经过小孔光阑(12)之后被第一全反射镜(14)反射，然后经过第二四分之一波片(13)之后被第二偏振分束镜(7)反射之后入射到第二散射介质(3)内对前向散射光束进行放大，以得到可有效利用的前向散射光束，其中第一散射介质(2)、第二散射介质(3)和第四散射介质
(4)是完全相同的散射介质，所述控制器(18)分别与偏振旋转装置(9)和脉冲激光器(I)连接，分别控制经过偏振旋转装置(9)的激光束所发生的偏振旋转角度和激光器输出功率或波长的控制，其中所述光学延迟装置(19)的作用是使得第一散射介质(2)中的前向散射光与经过第一全反射镜(14)所反射的激光束同时到达第三散射介质(3)中，其中的第二四分之一波片(13)和第四四分之一波片(17)为对所述脉冲激光器(I)输出波长的四分之一波片，第一四分之一波片(8)和第三四分之一波片(16)为对后向散射光波长的四分之一波片。
[0006]根据本发明的一实施例，所述激光器输出激光束的带宽小于等于30nm。
[0007]根据本发明的一实施例，所述分束镜(5)的分光比为透射光/反射光=3/7_4/6。
[0008]根据本发明的一实施例，所述的分光比为3/7。
[0009]根据本发明的一实施例，所述小孔光阑(12)的孔径优选等于或略小于激光器I所发射的激光束的直径。
[0010]根据本发明的一实施例，所述偏振旋转装置(9)为磁致旋光介质，其能够实现O到90度旋转。
[0011]根据本发明的一实施例，所述偏振旋转装置(9)为实现Q开关的石英晶体，其能实现O度或90度的旋转。
[0012]根据本发明的一实施例，所述光学延迟装置(19)包括四个全反射镜以及一个小孔光阑，用于实现光束传输的延迟。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]附图1是本发明中前向散射和后向散射兼容装置的示意图；
【具体实施方式】
[0014]下面以【具体实施方式】来详细说明本发明的前向散射和后向散射兼容装置。
[0015]在附图1中，I表不脉冲激光器，2、3、4表不相同的散射介质,5表不分束镜，6、7、10、11表不偏振分束镜，14、15表不全反射镜,8,、13、16、17表不四分之一波片，12表不小孔光阑，9表偏振旋转装置，18表控制器，19表光学延迟装置。
[0016]脉冲激光器I发出脉冲的线偏振激光束，该激光束通过偏振旋转装置9后入射到分束镜5上,经过分束镜5后分成两路激光,其中一路依次经过偏振分束镜6,四分之一波片16进入散射介质2，在介质2中分别产生比较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经过光学延迟装置19以及偏振分束镜7之后进入散射介质3，其中在散射介质2中产生的后向散射经过四分之一波片16之后被偏振分束镜6反射之后进入散射介质4，在经过分束镜5之后产生的另外一路激光经过全反射镜15的反射之后入射到偏振分束镜10上，经过偏振分束镜之后分为两路激光，其中被反射的激光束依次经过四分之一波片17和偏振分束镜11以及四分之一波片8之后入射到散射介质4内，对于反向传输的较弱的后向散射光束进行放大，以得到能够有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束经过四分之一波片8之后被偏振分束镜11反射到装置之外，在经过偏振分束镜之后产生的透射光束经过小孔光阑12之后被全反射镜14反射，然后经过四分之一波片13之后被偏振分束镜7反射之后入射到散射介质3内对前向散射光束进行放大，以得到可有效利用的前向散射光束。其中在散射介质3和4中的相交的两路光束都是以完全重合的方式相交的。
[0017]下面对于上述装置中的各部件进行详细的说明，其中的脉冲激光器需要发出脉冲的线偏振激光束，不能是非线偏振的激光束，否则无法产生预期的前向散射和后向散射，输出波长可以任意选择，只要与所选择的散射介质相适应即可，该激光器所输出的光束带宽优选30nm以下，否则将使得散射的发生变得困难。其中的四分之一波片13和17为对激光器I输出波长的四分之一波片，四分之一波片8和16为对后向散射光波长的四分之一波片，散射介质2，、3、4为完全相同的散射介质，它们可以包括水，二硫化碳等液体介质，也可以是KDP等的固态介质，其中该散射介质选择要与激光器所输出的波长以及实验需求相适应，不需要固定为具体的哪种介质。如果三种介质不同，则可能会导致该实验装置无法使用，也即不能产生有效的前向和后向散射光束。分束镜5为一般的分束镜，也即将入射的光束按比例的分为透射光束和反射光束，本发明的分束镜5的分光比优选为透射光/反射光=3/7-4/6(光强比)，优选为3/7，经过这样的选择，可以得到高效利用以及最大程度的产生散射光束的效果。
[0018]其中的全反射镜14和15没有特殊的要求，优选为镀膜反射镜，优选以最高的反射率对激光束进行反射。小孔光阑12的孔径优选等于或略小于激光器I所发射的激光束的直径，用于滤除激光束在长路径的传输中所产生的空间噪声。
[0019]偏振分束镜6、7、10、11米用现有技术中的偏振分束镜即可,也即对于一个方向的线偏振光束透射，则对垂直于该方向的线偏振光束反射。
[0020]偏振旋转装置9优选为能够实现偏振防线脉冲可调的装置，偏振方向的旋转角度优选能够实现0-90度的旋转，实现这种功能的偏振旋转装置包括磁致旋光介质等，在使用这种偏振选装装置时，可实现前向散射与后向散射光强比例的调节，也即可以选择该装置主要用于前向散射还是主要用于后向散射，也可以选择以较大的比例实现前向或后向散射，两者散射所占的比例是可以调节的；这种偏振旋转装置还可选择实现Q开关的各种石英晶体，通过施加电压可实现偏振方向90度的旋转，以这种偏振旋转装置实现的本发明的装置，只能选择使用该装置实现前向散射还是实现后向散射。
[0021]控制器18用于控制偏振旋转装置9和激光器的控制，分别控制偏振旋转装置对于线偏振光所能实现的旋转角度或者控制线偏振光是否需要旋转90度，以及用于控制激光器的输出功率，如果所采用的激光器是波长可调谐的，那么该控制器还控制该激光器的输出波长。
[0022]光学延迟装置19可包括四个反射镜以及一个小孔光阑，其作用是用于实现光束传输的延迟，以使得散射介质2中的前向散射光与经过反射镜14所反射的激光束到达散射介质3中的时间是相等的，也即是为了保证两个光束同时达到散射介质3，该光学延迟装置19中的小孔光阑的作用与小孔光阑的作用是一致的，不过其孔径优选等于或略小于前向散射光束的直径。
【权利要求】
1.一种基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:该装置能够同时实现前向散射和后向散射，或者可选择的实现单一的前向散射或单一的后向散射。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲激光束的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:包括:输出线偏振光的脉冲激光器(I)，第一散射介质(2),第二散射介质(3),第三散射介质(4),分束镜(5),第一偏振分束镜(6),第二偏振分束镜(7),第三偏振分束镜(10),第四偏振分束镜(11)，第一全反射镜(14)，第二全反射镜(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),小孔光阑(12),偏振旋转装置(9)，控制器(18)以及光学延迟装置(19);所述激光器(I)发出脉冲的线偏振激光束通过偏振旋转装置(9)后入射到分束镜(5)上，经过分束镜(5)后分成两路激光，其中一路依次经过第一偏振分束镜(6)，第三四分之一波片(16)进入第一散射介质(2)，在第一散射介质(2)中分别产生比较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经过光学延迟装置(19)和第二偏振分束镜(7)之后进入第二散射介质(3)，其中在第一散射介质(2)中产生的后向散射光束经过第三四分之一波片(16)之后 被第一偏振分束镜(6)反射之后进入第三散射介质(4)，在经过分束镜(5)之后产生的另外一路激光束经过第二全反射镜(15)的反射之后入射到第三偏振分束镜(10)上，经过第三偏振分束镜(10)之后分为两路激光，其中被反射的激光束依次经过第四四分之一波片(17)和第四偏振分束镜(11)以及第一四分之一波片(8)之后入射到第三散射介质(4)内，对于反向传输的较弱的后向散射光束进行放大，以得到能够有效利用的后向散射光束，被放大的后向散射光束经过第一四分之一波片(8)之后被第四偏振分束镜(11)反射到该兼容装置之外，在经过第三偏振分束镜(10)之后产生的透射光束经过小孔光阑(12)之后被第一全反射镜(14)反射，然后经过第二四分之一波片(13)之后被第二偏振分束镜(7)反射之后入射到第二散射介质(3)内对前向散射光束进行放大，以得到可有效利用的前向散射光束，其中第一散射介质(2)、第二散射介质(3)和第四散射介质(4)是完全相同的散射介质，所述控制器(18)分别与偏振旋转装置(9)和脉冲激光器(I)连接，分别控制经过偏振旋转装置(9)的激光束所发生的偏振旋转角度和激光器输出功率或波长的控制，其中所述光学延迟装置(19)的作用是使得第一散射介质(2)中的前向散射光与经过第一全反射镜(14)所反射的激光束同时到达第三散射介质(3)中，其中的第二四分之一波片(13)和第四四分之一波片(17)为对所述脉冲激光器(I)输出波长的四分之一波片，第一四分之一波片(8)和第三四分之一波片(16)为对后向散射光波长的四分之一波片。
3.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述激光器输出激光束的带宽小于等于30nm。
4.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述分束镜(5)的分光比为透射光/反射光=3/7-4/6。
5.根据权利要求4所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述的分光比为 3/7。
6.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述小孔光阑(12)的孔径优选等于或略小于激光器I所发射的激光束的直径。
7.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述偏振旋转装置(9)为磁致旋光介质，其能够实现O到90度旋转。
8.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述偏振旋转装置(9)为实现Q开关的石英晶体，其能实现O度或90度的旋转。
9.根据权利要求1或2所述的前向散射和后向散射兼容装置，其特征在于:所述光学延迟装置(19)包括四个全反射镜以及一个小`孔光阑，用于实现光束传输的延迟。
【文档编号】G02B27/28GK103744190SQ201410026016
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】任芝, 陈杰, 李松涛, 张晓宏 申请人:华北电力大学（保定）