專利名稱：晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光吸收系數(shù)測量領(lǐng)域，特別是一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法。
背景技術(shù)：
在神光III工程中，倍頻器件和電光開關(guān)是大功率激光器的關(guān)鍵部件，而大尺寸優(yōu)質(zhì)KDP晶體又是倍頻器件和電光開關(guān)的關(guān)鍵材料；其材料質(zhì)量、元件加工質(zhì)量都很大程度影響裝置最終指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。大口徑晶體在生產(chǎn)過程中由于材料純度、生產(chǎn)工藝等原因，會產(chǎn)生綠帶等雜質(zhì)，影響晶體的光吸收均勻性，從而影響晶體的頻率轉(zhuǎn)換效率；導(dǎo)致晶體內(nèi)部熱吸收不均勻，產(chǎn)生較大的變形；致使三倍頻出射光能量不均勻，無法估計(jì)總體的效率及到達(dá)靶點(diǎn)的能量；因此研究激光晶體材料的光吸收系數(shù)對激光輸出及頻率轉(zhuǎn)換效率的影響具有重要的指導(dǎo)意義和應(yīng)用價(jià)值。1986年，楊學(xué)志等人在中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)表了一種光學(xué)晶體光吸收系數(shù)測量方法，該干法通過當(dāng)光束垂直入射光學(xué)晶體時，出射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)滿足下式
公式h/oO —,其中‘力入射光強(qiáng)，4為入射光強(qiáng)，fc為光學(xué)晶體的白光吸收系數(shù)，
I為光通過晶體的路程、為晶體的反射系數(shù)；通過測量晶體對光的透過率及晶體長度，代入上述公式可以算出晶體的吸收系數(shù)；但該方法測量精度不高，無法滿足現(xiàn)在測量晶體材料吸收系數(shù)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量精度高，設(shè)計(jì)合理，各部件加工方便的晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為
一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1、將高功率的抽運(yùn)光入射到晶體表面，使其產(chǎn)生熱形變； 步驟2、用干涉儀發(fā)射出一個標(biāo)準(zhǔn)平面波，平面波通過被抽運(yùn)激光作用的晶體表面后， 經(jīng)平面反射鏡將平面波按原路反射回來，再次經(jīng)過晶體表面后進(jìn)入干涉儀，并與標(biāo)準(zhǔn)平面波相遇發(fā)生干涉，得到干涉圖；其中干涉儀與晶體角度和平面反射鏡與晶體角度相同。步驟3、根據(jù)干涉圖，通過相位解包算法得到晶體表面的熱形變量，通過建立晶體熱形變與吸收系數(shù)的理論模型得到晶體的吸收系數(shù)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理是本發(fā)明從分析晶體熱效應(yīng)機(jī)理出發(fā)，通過建立符合實(shí)際工作條件的熱模型和邊界條件，利用半解析分析方法得到熱形變量h與其吸收系數(shù)α的關(guān)系，再運(yùn)用干涉儀測量晶體的熱形變量，即可以得到晶體的吸收系數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于
1、采用干涉儀進(jìn)行高精度的熱形變測量，進(jìn)而得到高精度的晶體吸收系數(shù)。2、可以滿足各種不同口徑晶體的吸收系數(shù)的測量要求。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法流程圖。圖2是抽運(yùn)激光照射晶體的變形模型圖。圖3是菲索干涉儀測量示意圖。圖4是晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法示意圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，測量晶體材料光吸收系數(shù)的方法，步驟如下
步驟1 結(jié)合圖2，抽運(yùn)激光裝置1由抽運(yùn)激光器和樣品組成。抽運(yùn)激光裝置1位于晶體2的正上方垂直照射。當(dāng)抽運(yùn)激光照射晶體時，晶體2會吸收激光的能量，其中的絕大部分能量轉(zhuǎn)換為晶體2的熱變形，形變量h與晶的屬性及其吸收系數(shù)有關(guān)。為此建立了晶體熱形變與其吸收系數(shù)的理論模型，該理論模型是在一些假設(shè)條件上建立的，這些條件為1) 晶體采用側(cè)向熱沉，假定晶體側(cè)面溫度保持不變；幻熱流線徑向假設(shè)由于晶體熱沉的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于晶體，使得晶體軸向熱流遠(yuǎn)小于徑向熱流，故可認(rèn)為在晶體中只存在徑向熱流；3)由于晶體端面與空氣對流散熱及輻射散熱都很小，忽略端面散熱。如果上述條件有所變化，那所推導(dǎo)的物理模型要進(jìn)行相應(yīng)的改善才能滿足。所以該理論模型的好壞直接影響著吸收系數(shù)的測量精度。因此，要通過對單端泵浦晶體的分析，建立符合工作條件下激光晶體的動態(tài)溫場模型，并通過熱傳導(dǎo)方程和邊界條件，得出了激光晶體內(nèi)部溫度場的半解析解，同時分析各種參量對溫度場的影響，再由溫度場分布得到晶體單面的形變量，進(jìn)而推導(dǎo)出晶體吸收系數(shù)與形變量的動態(tài)關(guān)系模型。步驟2 結(jié)合圖3，干涉測量裝置主要是由菲索干涉儀5和平面反射鏡4組成。抽運(yùn)激光照射晶體產(chǎn)生熱形變，菲索干涉儀5的出射平行光以45度角照射在熱形變區(qū)，反射光線經(jīng)與晶體2成45度角放置的平面反射鏡4后重新照射到熱形變區(qū)，再次反射后與菲索干涉儀的參考光形成干涉，通過(XD6接收得到干涉條紋。由于干涉系統(tǒng)和被測晶體2端面是呈45度角的斜入射狀態(tài)，與傳統(tǒng)的正入射測量時得到的光程差與矢高的關(guān)系有不同之處。假設(shè)平面反射鏡4是不含面形誤差的，h為晶體2面形的矢高大小，1為由待測晶體2引起的光程差變化，則光程差與矢高的關(guān)系為
I = Ak cos θ
其中θ為入射角(45° )
步驟3、由CCD6采集得到的干涉條紋，通過相位解包算法，得出光程差，通過上式關(guān)系即可測得晶體2形變的矢高大小。下面必須建立晶體2熱形變即矢高與吸收系數(shù)的關(guān)系
由熱傳導(dǎo)理論可知，在溫度場穩(wěn)態(tài)條件下，晶體2內(nèi)每單位體積熱源功率為
權(quán)利要求
1.一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、將高功率的抽運(yùn)光入射到晶體(2)表面，使其產(chǎn)生熱形變；步驟2、用干涉儀發(fā)射出一個標(biāo)準(zhǔn)平面波，平面波通過被抽運(yùn)激光作用的晶體(2)表面后，經(jīng)平面反射鏡(4)將平面波按原路反射回來，再次經(jīng)過晶體(2)表面后進(jìn)入干涉儀(5)， 并與標(biāo)準(zhǔn)平面波相遇發(fā)生干涉，得到干涉圖；其中干涉儀與晶體(2)的角度和平面反射鏡 (4)與晶體(2)的角度相同；步驟3、根據(jù)干涉圖，通過相位解包算法得到晶體(2)表面的熱形變量，通過建立晶體熱形變與吸收系數(shù)的理論模型得到晶體的吸收系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，步驟1中的抽運(yùn)激光裝置(1)架設(shè)在一個穩(wěn)定平臺上，并向下照射晶體表面；由于采用了高功率連續(xù)激光照射，晶體(2)會吸收激光的能量，其中的絕大部分能量轉(zhuǎn)換為晶體的熱變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，步驟2中的干涉儀與晶體表面成45度放置，平行光入射晶體變形表面，經(jīng)晶體(2)反射后入射到平面反射鏡(4)，此平面反射鏡(4)與晶體(2)也成45度放置，由于變形量很小，我們可以近似認(rèn)為光線是按原路返回而沒有反生偏轉(zhuǎn)，并再次入射到晶體(2)表面后，反射后的出射光與參考光進(jìn)行干涉，并通過CXD (6)采集得到的干涉條紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，步驟3通過編寫的相位解包程序可以得到晶體表面的形變量，根據(jù)公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，步驟一所述的干涉儀可以是菲索干涉儀(5 )。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法，其特征在于，干涉儀與晶體(2)角度和平面反射鏡(4)與晶體(2)角度也可以為其他角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及光吸收系數(shù)測量領(lǐng)域，特別是一種晶體材料光吸收系數(shù)的測量方法；抽運(yùn)激光照射裝置起到了熱變透鏡效應(yīng)中激勵光的作用，通過高功率的抽運(yùn)光入射到晶體表面，使其產(chǎn)生熱形變；干涉儀發(fā)射出一個標(biāo)準(zhǔn)平面波其通過被抽運(yùn)激光作用的晶體表面后，平面反射鏡將標(biāo)準(zhǔn)平面波按原路反射回來，這時干涉儀接收到是攜帶有兩次晶體表面形貌信息的波陣面，利用相位解包算法算出因抽運(yùn)光的照射引起的晶體表面形變量，通過公式算出晶體材料的光吸收系數(shù)；本發(fā)明設(shè)計(jì)原理科學(xué)，設(shè)計(jì)合理，各部件加工方便，測量精度高。
文檔編號G01N21/45GK102435583SQ20111025419
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者何勇, 張志聰, 朱日宏, 李建欣, 沈華, 王青, 陳磊, 高志山, 黃亞 申請人:南京理工大學(xué)