专利名称：一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光激发波的产生和检测领域，具体为一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统。
背景技术：
光束辐照到样品上，通过光与物质的相互作用，会激发产生各种效应，包括光激发热波、光激发声波、光致发光等。通过对这些光激发波效应的检测和分析可以得到关于样品的很多信息，从而衍生出各种基于光激发波的精密分析测试仪器与成像设备，广泛应用于新材料、新能源、电子信息、环境科学、生物医疗、先进制造业等各个领域。在实际应用中用来辐照样品的光束一般称为泵浦光束，它可以是普通光束，也可以是激光束。根据具体应用情况的不同，泵浦光束可以是简单的连续光、振幅调制的连续光、或者脉冲光。在泵浦光束是振幅调制的连续光或者脉冲光的时候，由于可以利用锁相检测技术或同步检测技术，基于光激发波效应的各类精密分析测试仪器与成像设备通常具有较高的灵敏度和较大的动态范围，因而应用十分广泛。在基于光激发波效应的各类检测和分析技术中，光激发波效应的信号强度一般都随着泵浦光束能量或功率的增强而增强，因此在很多需要进行较高灵敏度检测与分析的场合，泵浦光源都选用功率(或者单脉冲能量)较高的激光光源。由于激光光源的体积、重量、成本通常都随着功率(或者单脉冲能量)的提高而提高，因此如果能够在不增加泵浦光源功率(或者单脉冲能量)的情况下增强光激发波信号就具有非常重要的意义。现有的技术在增强光激发波信号方面的工作一般不外乎对泵浦光光路进行优化设计以提高光激发波信号强度、对光激发波信号的具体探测技术进行改进以增强灵敏度、以及在电子线路和信号处理方面提高信噪比等。以光声技术为例，很多努力都是放在对光声池的优化设计上；以光热技术为例，主要努力都是放在对泵浦光光路的优化设计、具体探测方法的选择、以及探测光路和电子线路的设计上。
实用新型内容本实用新型目的是提供一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，以解决各类基于光激发波的检测分析仪器与成像设备对泵浦光功率或能量水平要求较高的问题。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，其特征在于包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，所述泵浦光出射部分包括泵浦光源、依次设置在泵浦光源出射光路上的泵浦光起偏装置、供泵浦光起偏装置起偏后的泵浦光透过的偏振分光装置，以及泵浦光聚焦透镜，所述泵浦光聚焦透镜设置在偏振分光装置透射光路上并对准样品；所述泵浦光反射部分包括接收样品反射或透射的泵浦光束的泵浦光调整透镜，依次设置在泵浦光调整透镜透射光路上的四分之一波片、第一泵浦光高反镜，以及设置在泵浦光出射部分中偏振分光装置反射光路上的第二泵浦光高反镜。所述的一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，其特征在于所述四分之一波片上镀有增透膜。本实用新型在保持灵敏度不变的情况下，能较大幅度降低对泵浦光源的功率或能量水平的要求，从而较大幅度降低相关检测分析仪器与成像系统的成本、体积和重量。对一些光激发波信号比较微弱的样品，也可以在保持对泵浦光源的功率或能量水平要求不变的情况下较大幅度提闻相关系统的检测灵敏度。
图1为本实用新型应用于高透射率样品时的原理图。图2为本实用新型应用于高反射率样品时的原理图。图3为本实用新型应用于高透射率样品时的实施例结构图。图4为本实用 新型应用于高反射率样品时的实施例结构图。
具体实施方式
本实用新型的原理如下如图1所示，对于高透射率的样品，来自泵浦光光源的线偏振光，假设是S偏光，在第一次经过偏振分光镜(假设偏振分光镜对S偏光的透过率为Ts,对P偏振光的反射率为Rp)全部透过，入射到样品上。经过样品出射的泵浦光束在经过1/4波片后被高反射率镜I(假设其反射率为R1)反射回来，再次经过1/4波片后第二次入射到样品上，此时泵浦光束的偏振方向已经发生了 90度变化，变成了 P偏振光。第二次入射到样品上的泵浦光从样品出射后第二次入射到偏振分光镜上并被偏振分光镜反射，反射光被高反射率镜2 (假设其反射率为R2)反射回来，再次被偏振分光镜反射后第三次入射到样品上。经过样品出射的泵浦光束再一次经过1/4波片后被高反射率镜I反射回来，经过1/4波片后第四次入射到样品上，此时泵浦光束的偏振方向再次发生了 90度变化，变回成了 S偏振光。第四次入射到样品上的泵浦光从样品出射后第四次入射到偏振分光镜并全部透过，逸出泵浦光能量回收利用系统。经过这样的光学系统后，辐照被测样品的泵浦光能量被累计重复利用了四次。如果1/4波片前后表面都镀有增透膜，其透过率近似为100%，则在被测样品内累计的泵浦光功率P可以用如下公式表达P=P0Ts+P0TsTR1+P0TsTR1TRpR2Rp+PJsTR1TRpR2RpTR1(I)公式(I)中P。是泵浦光在第一次进入偏振分光镜的入射功率,Ts是偏振分光镜对S偏光的透过率，Rp偏振分光镜对对P偏振光的反射率，R1^ R2分别是高反射率镜I和高反射率镜2的反射率，T是样品的透过率。表I针对不同样品透过率情况对式(I)中被测样品内累计的泵浦光功率P和P。的比值做了简单计算，计算中假定1^=1=99. 95%，Ts=99. 6%，Rp=99. 6%，都是实践中比较可行的数值。表1.泵浦光能量回收效果与样品透射率之间的关系
权利要求1.一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，其特征在于包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，所述泵浦光出射部分包括泵浦光源、依次设置在泵浦光源出射光路上的泵浦光起偏装置、供泵浦光起偏装置起偏后的泵浦光透过的偏振分光装置，以及泵浦光聚焦透镜，所述泵浦光聚焦透镜设置在偏振分光装置透射光路上并对准样品；所述泵浦光反射部分包括接收样品反射或透射的泵浦光束的泵浦光调整透镜，依次设置在泵浦光调整透镜透射光路上的四分之一波片、第一泵浦光高反镜，以及设置在泵浦光出射部分中偏振分光装置反射光路上的第二泵浦光高反镜。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，其特征在于所述四分之一波片上镀有增透膜。
专利摘要本实用新型公开了一种基于能量回收原理的增强光激发波信号的光学系统，包括泵浦光出射部分、泵浦光反射部分，泵浦光出射部分包括泵浦光源、泵浦光起偏装置、偏振分光装置、泵浦光聚焦透镜，泵浦光反射部分包括泵浦光调整透镜、四分之一波片、第一泵浦光高反镜、第二泵浦光高反镜。本实用新型能较大幅度降低相关检测分析仪器与成像系统的成本、体积和重量，也可以在保持对泵浦光源的功率或能量水平要求不变的情况下较大幅度提高相关系统的检测灵敏度。
文档编号G02B27/28GK202869949SQ20122042851
公开日2013年4月10日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者吴周令, 陈坚, 吴令奇 申请人:合肥知常光电科技有限公司