专利名称：非线性光学器件损伤检测装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种非线性光学器件损伤检测装置，属于非线性晶体器件损伤测试技术领域。
背景技术：
随着光学激光技术的不断进步，应用于激光倍频等领域的非线性光学器件也不断产生，并且应用范围也愈来愈广泛，有的甚至企图应用于极其恶劣的特殊环境条件，因此，检测非线性光学器件的损伤和损坏情况，就显得十分必要。评价一个非线性光学器件是否损伤或损坏，主要是要看倍频的转换效率是否有所降低或已接近没有了。测量非线性光学器件的转换效率通常有直接绝对测量，或者用非线性光学系数测定仪通过测量非线性光学系数，以及相关的导电率等，换算出其转换效率。然而，由于是直接绝对测量，对各环节要求都非常可刻，造成系统复杂，成本很高。而用非线性光学系数测定仪，由于系统构成更是复杂，测试条件要求也更高，价格非常昂贵，国内还没有单位能研制生产此类高技术难度设备，这些便造成了过去对非线性光学器件的损伤难以进行检测。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，成本低的非线性光学器件损伤检测装置，被测器件放在该装置样品台上，经调整后测量和计算出转换效率的变化，能迅速判定器件的损伤或损坏状况。
本发明的技术解决方案是非线性光学器件损伤检测装置包括激光器、入射光滤光片、样品承片台、样品多自由度调整台、倍频光滤光片、激光功率计探头、激光功率计、大平台，激光器、入射光滤光片、样品多自由度调整台、倍频光滤光片、激光功率计安置于大平台上，固定被测样品的样品承片台安置在多自由度调整台上，激光器射出的激光先通过入射光滤光片、投射到被测样品的入射面上，并经过被测样品倍频，出射的倍频激光经倍频光滤光片滤光，垂直射入激光功率计探头，被探头接收后通过探测信号引出线送入激光功率计，由激光功率计测量显示出倍频激光的光强大小。
所述的激光器射出的激光束，是垂直射入入射光滤光片通光平面，倍频后的出射光同样也是垂直射入倍频光滤光片通光平面，光束不会有平移。
在被测样品装入并调整好后，在正式测量读数前，将滤光片、固定被测样品的样品承片台、多自由度调整台、倍频光滤光片、激光功率计探头遮上遮挡罩，可以防止外来杂光对光强信号测量的影响。
所述的样品承片台由样品垫板、支板和样品小压板组成，小压板可将被测样品和垫板压在支板上，支板与多自由度调整台上凸球面导轨由螺钉固定连接，备有的多块不同厚度的垫板可调整被测样品的高度，使被测样品的中心位于多自由度调整台的αβθ角旋转中心O2上。
所述的多自由度调整台由片簧、下凹球面导轨、上凸球面导轨、锁紧手轮、螺杆、直销、锁紧座、下V形导轨座、上V形导轨、微调手扭、拉簧、微调手轮和微调小座组成，上凸球面导轨是中间带有内孔的凸球面的球面导轨，并相接于下凹球面导轨上，可相对下凹球面导轨作相对于球心O2的αβθ三维转动，下凹球面导轨的中间也有内孔，锁紧座固定于它的下表面上，内孔中有直销，并伸向螺杆的键槽内，可让螺杆上下移动不让转动，压紧螺杆穿过上下凸球面导轨和锁紧座，通过旋转锁紧手轮，可将螺杆收紧，使上下凸球面导轨锁紧。下凹球面导轨通过固定在侧面的片簧与上V形导轨连接，上下V形导轨是沿X向的一对双凸凹V形导轨V形导轨，与微调手轮啮合的微调小座固定在下V形导轨座上，微调手轮的螺杆端顶在上V形导轨上，拉簧一端拉在微调小座上，另一端拉在上V形导轨上，旋转微调手轮则可使上V形导轨作正反向移动，也带动了在其上面的被测样品在X正反方向移动。由于下凹球面导轨和上V形导轨之间是通过侧面的片簧连接在一起，可通过旋转微调手扭使下凹球面导轨沿通过O4点并平行X方向轴线，在YOZ平面内作旋转，也就带动了被测样品作旋转，由于片簧在下凹球面导轨的侧面位置，被测样品作旋转的同时还作Y方向上下移动调整。
所述的被测样品通过αβθ三维旋转调整，以及X向和Y向的二维直线移动调整后，其入射激光入射到被测样品的前端入射面和通过倍频后倍频激光出射后端出射面，入射面光斑的中心位置位于被测样品的前端面中心O1点，同时出射光斑的中心位置还位于被测样品的后端面中心O3点，此时激光功率计测量显示光强大小为最大。
所述通过调整被测样品的位置后，由激光功率计测量显示倍频激光的光强大小l1后，还需拿去被测样品和倍频光滤光片，让激光直接垂直入射到激光功率计探头，测量出光强大小l2，算出转换效率ηη＝l1/l2根据测出和计算出被测样品在使用前后转换效率变化Δη，则可判定样品的损伤和损坏情况。
本发明与现有技术相比具有以下优点1、本发明不需用非线性光学系数测定仪，通过测量非线性光学系数，以及相关的导电率等，换算出其转换效率。避免了测量复杂，测试条件要求高，依赖复杂昂贵的进口设备，也无须很复杂化的换算；2、不需用直接绝对测量，避免了各环节可刻要求和可刻的环境条件要求，造成高成本；3、本发明装置提供了一个结构简单、成本低、调整方便的αβθ三维旋转和XY向二维直线移动调整机构，能很快调整好被测试样的准确位置，迅速测量计算出转换效率和效率的相对变化，判定器件的损伤或损坏状况；4、本发明对环境条件要求低，对激光和激光功率计等设备的稳定性要求相对也较低，影响小，而测量的精度却较高，一般实验室都可建立该测量装置，易于推广应用。
图1为本发明实施例非线性光学器件损伤检测装置总结构图；图2为本发明实施例检测装置样品台和多自由度调整台侧向视图；图3为本发明实施例激光入射被测样品前端面激光光斑位置图；图4为本发明实施例倍频光出射被测样品后端面激光光斑位置图。
具体实施例方式
如图1、2所示，是本发明实施例非线性光学器件损伤检测装置总结构图，以及样品台和多自由度调整台侧向视图，它由入射激光2的激光器1、入射光滤光片3、样品承片台4、被测样品5、样品多自由度调整台6、倍频光滤光片8、激光功率计探头9、探测信号引出线10、激光功率计11、大平台12和遮挡罩13组成。激光器1、入射光滤光片3、样品多自由度调整台6、倍频光滤光片8、激光功率计探头9、激光功率计11和遮挡罩13均安置于大平台12上，各部的通光中心都与激光器1射出的激光轴等高，样品承片台4放置并固定于样品多自由度调整台6上，被测样品5被固定于样品承片台4上，激光器1射出的激光2通过入射光滤光片3、投射到被测样品5的入射面上，并经过被测样品5倍频，出射的倍频激光7从样品的后面射出，并经倍频光滤光片8滤光，只让倍频光通过，通过滤光的倍频光全部垂直射入激光功率计探头9，被接收后转换为电信号，通过探测信号引出线10送入高精度激光功率计11，并由激光功率计11测量显示出倍频激光7的光强大小。
由上图1、图2可知，激光器1射出的激光束2，是垂直入射光滤光片3通光平面通过，同样也是垂直倍频光滤光片8通光平面通过，激光束不会有平移。在样品装入并调整好后，在正式测量读数前遮上遮挡罩13，遮挡罩13是一前面开有激光入射小孔，后面下边开有探测信号引出线孔，其余上面和两侧面都无孔，且内壁涂黑的外罩，以防止外来杂光对光强信号测量的影响。
由上图1、图2还可知，样品承片台4由样品垫板401、支板402和样品小压板403组成，小压板403可将被测样品5和垫板401压在支板402上，支板402与多自由度调整台6的上凸球面导轨603由螺钉固定连接，多块不同厚度的垫板401可调整被测样品5的高度，使被测样品5的中心位于多自由度调整台6的αβθ角旋转中心O2上。
由上图1、图2还可知，多自由度调整台6由片簧601、下凹球面导轨602、上凸球面导轨603、锁紧手轮604、螺杆605、直销606、锁紧座607、下V形导轨座608、上V形导轨609、微调手扭610、拉簧611、微调手轮612和微调小座613组成，上凸球面导轨603是中间带有内孔的下表面是凸球面的球面导轨，位于与其阴阳对应的下凹球面导轨602上，与下凹球面导轨602相接，可相对下凹球面导轨602作相对于球心O2的αβθ三维转动，下凹球面导轨602的中间也作有内孔，锁紧座607固定于下凹球面导轨602的下表面上，锁紧座607的内孔中装有直销606，直销伸向螺杆605的键槽内，可让螺杆605沿锁紧座607内孔上下移动，防止螺杆605在压紧时转动，螺杆605穿过上凸球面导轨603、下凹球面导轨602和锁紧座607，通过旋转与其螺纹啮合的锁紧手轮604，可将螺杆605收紧，使上凸球面导轨603和下凹球面导轨602锁紧，可使被测样品5通过αβθ三维调整后的位置得到固定。
下凹球面导轨602通过固定在侧面的片簧601与上V形导轨609连接，上V形导轨609是沿X向的双凹V形导轨，它在与其相配对的X向的双凸V形导轨下V形导轨座608上，在旋转微调手轮612时，由于微调手轮612螺杆一端顶在上V形导轨609上，同时与其螺杆螺纹啮合的微调小座613固定在下V形导轨座608上，使上V形导轨609在下V形导轨座608上相对于V形导轨座608在水平面内作X方向移动，由于拉簧611的一端拉在微调小座613上，另一端拉在上V形导轨609上，不仅消除了微调的空回，也随正反旋转微调手轮612时拉着上V形导轨609作正反向移动，带动了在其上面的上下凹球面导轨正反向移动，因此带动了被测样品5可作X方向的双向移动调整。另外，由于下凹球面导轨602和上V形导轨609之间是通过侧面的片簧601连接在一起的，因此可通过旋转螺纹与下凹球面导轨602的螺孔啮合，且其螺杆端顶在上V形导轨609上的微调手扭610，使下凹球面导轨602沿过片簧601的O4处并平行X方向，在YOZ平面内作旋转，因此就带动了被测样品5在YOZ平面内作旋转，由于片簧601在下凹球面导轨602和上V形导轨609的侧面位置，被测样品5作旋转的同时还作上升和下降移动，因此旋转微调手扭610可使被测样品5作Y向上下移动，在旋转微调手扭610使被测样品5作上下微动时所带来的角度旋转，可由前面所说到的上下凸凹球面导轨的反向调整来补正抵消。
如图3所示，是本发明实施例激光入射被测样品前端面激光光斑位置图。被测样品5通过αβθ三维旋转调整，以及X向和Y向的二维直线移动调整后，其入射激光2入射到被测样品5的前端入射面时，光斑501的中心位置位于被测样品5的中心O1点。
如图4所示，是本发明实施例倍频光出射被测样品后端面激光光斑位置图。被测样品5通过αβθ三维旋转调整，以及X向和Y向的二维直线移动调整后，与前面入射面相同，其倍频激光7出射被测样品5的后端出射面时，在光斑501的中心位置位于被测样品5的中心O1点的同时，光斑502的中心位置还需同时位于被测样品5的后端面中心O3点，此时激光功率计11测量显示光强也为最大。
通过上述的调整被测样品5的位置后，遮上遮挡罩13，由激光功率计11测量显示倍频激光7的光强大小，这里把倍频激光7的出射光强大小记作l1。打开遮挡罩13，拿去被测样品5和倍频光滤光片8，让激光2直接垂直入射到激光功率计探头9，再遮上遮挡罩13，由激光功率计11测量显示激光2的光强大小，这里把激光2的光强大小记作l2。在略去入射和出射被测样品5时的损失，以及被频光滤光的散射损失情况下，我们可计算出转换效率ηη＝l1/l2因此，可测出和计算出被测样品5在试验前或使用前与试验后或使用后转换效率的变化Δη，根据Δη的大小则可判定样品5在试验或使用后的损伤情况，如果Δη接近为0，则可判定样品5已失效或损坏。
权利要求
1.非线性光学器件损伤检测装置，其特征在于包括入射激光(2)的激光器(1)、入射光滤光片(3)、样品承片台(4)、被测样品(5)、样品多自由度调整台(6)、倍频光滤光片(8)、激光功率计探头(9)、激光功率计(11)、大平台(12)，激光器(1)、入射光滤光片(3)、样品多自由度调整台(6)、倍频光滤光片(8)、激光功率计探头(9)、激光功率计(11)安置在大平台(12)上，固定被测样品(5)的样品承片台(4)安置在多自由度调整台(6)上，激光器(1)射出的激光(2)先通过入射光滤光片(3)、投射到被测样品(5)的入射面上，并经过被测样品(5)倍频，出射的倍频激光(7)经倍频光滤光片(8)滤光后垂直射入激光功率计探头(9)，被激光功率计探头(9)接收后通过送入激光功率计(11)，由激光功率计(11)测量显示出倍频激光(7)的光强大小。
2.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征在于所述的激光器(1)射出的激光束(2)垂直射入入射光滤光片(3)通光平面，倍频后的出射光同样也是垂直射入倍频光滤光片(8)通光平面，光束不会有平移。
3.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征在于在被测样品(5)装入并调整好后，在正式测量读数前，将滤光片(3)、固定被测样品(5)的样品承片台(4)、多自由度调整台(6)、倍频光滤光片(8)、激光功率计探头(9)遮上遮挡罩(13)，防止外来杂光对光强信号测量的影响。
4.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征还在于所述的样品承片台(4)由样品垫板(401)、支板(402)和样品小压板(403)组成，样品小压板(403)将被测样品(5)和垫板(401)压在支板(402)上，支板(402)与多自由度调整台(6)上凸球面导轨(603)固定连接，多块不同厚度的垫板(401)调整被测样品(5)的高度，使被测样品(5)的中心位于多自由度调整台(6)的αβθ角旋转中心O2上。
5.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征还在于所述的多自由度调整台(6)由片簧(601)、下凹球面导轨(602)、上凸球面导轨(603)、锁紧手轮(604)、螺杆(605)、直销(606)、锁紧座(607)、下V形导轨座(608)、上V形导轨(609)、微调手扭(610)、拉簧(611)、微调手轮(612)和微调小座(613)组成，上凸球面导轨(603)为中间带有内孔的凸球面的球面导轨，并相接于下凹球面导轨(602)上，相对下凹球面导轨(602)作相对于球心O2的αβθ三维转动，下凹球面导轨(602)的中间有内孔，锁紧座(607)固定在其下表面上，内孔中有直销(606)，并伸向螺杆(605)的键槽内，可让螺杆(605)上下移动不让转动，压紧螺杆(605)穿过上下凸球面导轨和锁紧座(607)，通过旋转锁紧手轮(604)，将螺杆(605)收紧，使上下凸球面导轨锁紧；下凹球面导轨(602)通过固定在侧面的片簧(601)与上V形导轨(609)连接，上下V形导轨是沿X向的一对双凸凹V形导轨V形导轨，与微调手轮(612)啮合的微调小座(613)固定在下V形导轨座(608)上，微调手轮(612)的螺杆端顶在上V形导轨(609)上，拉簧(611)一端拉在微调小座(613)上，另一端拉在上V形导轨(609)上，旋转微调手轮(612)则使上V形导轨(609)作正反向移动，带动了在其上面的被测样品(5)在X正反方向移动；下凹球面导轨(602)和上V形导轨(609)之间通过侧面的片簧(601)连接在一起，可通过旋转螺纹与下凹球面导轨(602)的螺孔啮合，且其螺杆端顶在上V形导轨(609)上的微调手扭(610)，使下凹球面导轨(602)沿通过O4点并平行X方向轴线，在YOZ平面内作旋转，也就带动了被测样品(5)作旋转，由于片簧(601)在下凹球面导轨(602)的侧面位置，被测样品(5)作旋转的同时还作Y方向上下移动调整。
6.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征还在于所述的被测样品(5)通过αβθ三维旋转调整，以及X向和Y向的二维直线移动调整后，其入射激光(2)入射到被测样品(5)的前端入射面和通过倍频后倍频激光(7)出射后端出射面，入射光斑(501)的中心位置位于被测样品(5)的前端面中心O1点，同时出射光斑(502)的中心位置还位于被测样品(5)的后端面中心O3点，此时激光功率计(11)测量显示光强大小为最大。
7.根据权利要求1所述的非线性光学器件损伤检测装置，其特征还在于所述通过调整被测样品(5)的位置后，由激光功率计(11)测量显示倍频激光(7)的光强大小I1后，再拿去被测样品(5)和倍频光滤光片(8)，让激光(2)直接垂直入射到激光功率计探头(9)，测量出光强大小I2，算出转换效率ηη＝I1/I2根据测出和计算出被测样品(5)在使用前后转换效率变化Δη，则可判定样品(5)的损伤和损坏情况。
全文摘要
非线性光学器件损伤检测装置，由激光器、入射光滤光片、样品承片台、被测样品、样品多自由度调整台、出射光滤光片、遮挡罩、激光功率计和信号探头组成，激光器射出的激光通过入射光滤光片滤光，射到被测样品的入射面上，经被测样品倍频后的倍频光，从样品的射出面射出，再经倍频光滤光片滤光，垂直射入激光功率计探头，被激光功率计接收并测量显示出倍频光的光强值，再与未放置被测样品和出射光滤光片时检测的光强值相比，可求得倍频转换效率，测得被测样品在使用前后的转换效率变化，则可判断被测样品的损伤或损坏情况。本发明的被测样品的位置由多自由度调整台准确迅速调整，调整结构简单方便，检测装置对环境条件要求低，而测量精度高，易于广泛应用。
文档编号G01N21/00GK1916747SQ200610113049
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月8日 优先权日2006年9月8日
发明者陈旭南, 杜春雷, 罗先刚, 周崇喜, 胡承刚 申请人:中国科学院光电技术研究所