紫外激光能量的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光能量測量，具體是一種紫外激光能量的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來隨著紫外激光技術(shù)的發(fā)展，紫外激光在器件精細(xì)加工、生物醫(yī)學(xué)及光存儲等領(lǐng)域有著越來越近年來隨著激光技術(shù)的發(fā)展，紫外激光在器件精細(xì)加工、生物醫(yī)學(xué)及光存儲等領(lǐng)域有著很重要的應(yīng)用。這些紫外激光的應(yīng)用需要對激光束能量進(jìn)行實時精密測量。
[0003]在紫外激光能量測量領(lǐng)域，目前的紫外激光熒光測量方法一種是在成像器件上鍍制變頻薄膜。例如將焚光物質(zhì)水楊酸鈉、coronene、Iumogen等在(XD表面蒸鍍形成一層薄膜，紫外波段的激光通過這層薄膜轉(zhuǎn)換為常規(guī)波段光然后再進(jìn)行能量測量(王麗輝等.增強(qiáng)C⑶紫外和極紫外成像的熒光物質(zhì)的研宄[J].光學(xué)技術(shù)，2006，32:479-481.)。這種測量方法薄膜制備工藝復(fù)雜，沉積薄膜時厚度難以控制，薄膜與CCD的粘附性有待提高。薄膜性質(zhì)不穩(wěn)定，量子效率隨時間衰變明顯，測量穩(wěn)定性低。還有一種是利用寬光譜響應(yīng)的光電二極管進(jìn)行測量(參見專利CN201320548173.8，刁寒虎等)，這種測量方法承受的激光能量閾值低，只能進(jìn)行微弱激光信號的測量。
[0004]近年來有研宄發(fā)現(xiàn)摻鉈碘化銫晶體(以下簡稱Cs1: TI)在紫外激光的照射下可以產(chǎn)生熒光效應(yīng)，將該熒光效應(yīng)應(yīng)用到紫外能量測量領(lǐng)域，提出一種紫外激光測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種紫外激光測量方法。該測量方法的熒光量子效率穩(wěn)定，激光能量密度閾值高。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0007]一種紫外激光能量的測量方法，其特點在于:該方法包括下列步驟:
[0008]I)紫外激光能量測量光路由激光入口、衰減片、石英透鏡組、CsIiTI晶體、K9透鏡、單色儀、光電倍增管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機(jī)組成，在同心光路上依次設(shè)置激光入口、衰減片和石英透鏡組，石英透鏡組后放置一個使激光以小角度掠入射的Cs1:TI晶體，在CsIiTI晶體的前向熒光發(fā)射區(qū)域放置一個大口徑短焦距K9透鏡，在K9玻璃透鏡后焦點處放置單色儀，所述的光電倍增管的陰極一端緊靠所述的單色儀的輸出狹縫，所述的光電倍增管陽極輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端與計算機(jī)的輸入端相連，紫外激光通過激光入口進(jìn)入測量光路，經(jīng)過衰減片衰減后的激光經(jīng)兩個不同焦距石英透鏡組成的石英透鏡組調(diào)節(jié)光斑大小后掠入射到Cs1: TI晶體上產(chǎn)生發(fā)射峰值為550nm的熒光，使用K9透鏡收集前向熒光并匯聚到單色儀輸入端，單色儀輸出550nm發(fā)射峰值處的熒光，單色儀輸出狹縫后的光電倍增管對該熒光強(qiáng)度Ptl進(jìn)行測量，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄熒光強(qiáng)度P。到計算機(jī)上；
[0009]2)紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系標(biāo)定:紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系E = KP的標(biāo)定光路由激光入口、石英透鏡組、50%分束鏡、標(biāo)準(zhǔn)能量計、CsIiTI晶體、K9透鏡、單色儀、光電倍增管和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，在石英透鏡組后使用50%的分束鏡將紫外激光分成兩束能量相同的激光，一束激光直接入射到標(biāo)準(zhǔn)能量計，另一束入射到CsI = TI晶體產(chǎn)生熒光效應(yīng)，記錄標(biāo)準(zhǔn)能量計的紫外激光能量與對應(yīng)Cs1:TI晶體產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度P，不斷增大激光器能量E，繪制紫外激光能量與對應(yīng)熒光強(qiáng)度關(guān)系曲線，確定E = KP的系數(shù)K ;
[0010]3)紫外激光能量計算:在紫外激光能量測量光路中光電倍增管輸出的熒光強(qiáng)度經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入計算機(jī)，利用已經(jīng)標(biāo)定的紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系系數(shù)K和衰減片的系數(shù)α，計算得到紫外激光的能量Etl= KPcZa。
[0011]所述的CsI = TI晶體是厚度為2mm的薄片。
[0012]所述的步驟I)中所述的Cs1: TI晶體前放置的石英透鏡組第一個透鏡的后焦點與第二個透鏡的前焦點重合，能夠?qū)崿F(xiàn)激光光斑與Cs1: TI晶體受光面積匹配。
[0013]步驟I)中在Cs1:TI晶體之后使用K9透鏡收集熒光并匯聚到單色儀的入射狹縫處，K9透鏡的透光波段大于320nm，不僅可以起到匯聚熒光的作用，還可以過濾散射或殘余的紫外激光。
[0014]所述的步驟2)中，不斷增加激光器能量，直至出現(xiàn)熒光強(qiáng)度不再隨入射激光能量增大而增大的“熒光猝滅”現(xiàn)象。
[0015]所述的光電倍增管可以使用光電二極管或CCD等光電探測元件替代。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0017]本發(fā)明利用Cs1:TI晶體在紫外激光的照射下產(chǎn)生熒光的熒光強(qiáng)度與入射激光能量的線性關(guān)系對紫外激光能量進(jìn)行測量。熒光峰值發(fā)射光譜在550nm處，可以與光電倍增管等光電探測器件匹配。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的熒光量子效率穩(wěn)定，可承受的激光能量密度閾值高。
【附圖說明】
[0018]圖1是紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系標(biāo)定示意圖
[0019]圖2是本發(fā)明紫外激光能量測量光路示意圖
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0021]圖1為紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系標(biāo)定示意圖，該標(biāo)定光路由激光入口1、石英透鏡3、石英透鏡4、50%分束鏡11、標(biāo)準(zhǔn)能量計12、CsIiTI晶體5、K9透鏡6、單色儀7、光電倍增管8、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9和計算機(jī)10組成。石英透鏡3的后焦點與石英透鏡4的前焦點重合，激光通過石英透鏡3和石英透鏡4調(diào)整光斑大小，保證激光經(jīng)50%分束鏡11分光后的兩束激光的光斑尺寸分別與標(biāo)準(zhǔn)能量計12接收口徑和Cs1:TI晶體5受光面匹配。其中一束激光直接照射到標(biāo)準(zhǔn)能量計12，另一束掠入射在Cs1: TI晶體5上產(chǎn)生熒光發(fā)射峰值波長為550nm的熒光效應(yīng)，在Cs1: TI晶體5的前向熒光發(fā)射區(qū)域放置大口徑短焦距K9透鏡6對前向熒光匯聚收集，K9透鏡透光波段大于300nm，可以很好地濾除散射的紫外激光。K9透鏡6將熒光匯聚到單色儀7的入射狹縫，通過單色儀7輸出550nm的熒光。在緊靠單色儀的輸出狹縫后放置光電倍增管對熒光強(qiáng)度進(jìn)行測量，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄熒光強(qiáng)度到計算機(jī)上，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13將熒光強(qiáng)度P輸入到計算機(jī)中。不斷增加紫外激光能量直至出現(xiàn)“熒光猝滅”現(xiàn)象，記錄不同的紫外激光能量E與對應(yīng)的熒光強(qiáng)度P。繪制紫外激光能量與對應(yīng)熒光強(qiáng)度關(guān)系曲線，在紫外激光能量與對應(yīng)的熒光強(qiáng)度具有明顯線性關(guān)系的范圍進(jìn)行線性擬合E = KP，確定紫外激光能量與對應(yīng)熒光強(qiáng)度線性系數(shù)K。
[0022]圖2所示為本發(fā)明紫外激光能量測量光路示意圖，該光路由激光入口 1，衰減片2，石英透鏡3、4，Cs1:TI晶體5，K9透鏡6，單色儀7，光電倍增管8，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9和計算機(jī)10組成。在同心光路依次放置激光入口 1、衰減片2和石英透鏡組3、4，石英透鏡4后放置一個使激光以小角度掠入射的CsI = TI晶體5，在CsI = TI晶體5的前向熒光發(fā)射區(qū)域放置一個大口徑短焦距Κ9透鏡6，在Κ9玻璃透鏡6后焦點處放置單色儀7，單色儀7后的光電倍增管8陰極一端緊靠單色儀7的輸出狹縫，光電倍增管8陽極輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9與計算機(jī)10相連，紫外激光通過激光入口 I進(jìn)入測量光路，經(jīng)過衰減倍數(shù)為α的衰減片2的衰減，調(diào)節(jié)石英透鏡3、石英透鏡4，對衰減后的激光光斑進(jìn)行調(diào)節(jié)，使光斑尺寸與CsI = TI晶體5受光面積匹配，激光以小角度掠入射CsI = TI晶體5產(chǎn)生熒光發(fā)射峰值在550nm處的熒光，Cs1:TI晶體5前向熒光發(fā)射區(qū)域處的K9透鏡6收集熒光，將熒光匯聚到單色儀7的入射狹縫處，通過單色儀7選擇550nm的熒光輸出，在緊靠單色儀7的輸出狹縫光電倍增管8對熒光強(qiáng)度Ptl進(jìn)行測量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)9采集熒光強(qiáng)度P滿出到計算機(jī)10，計算機(jī)10根據(jù)已標(biāo)定系數(shù)K和衰減倍數(shù)α，利用公式Etl= KPcZa計算測量的紫外激光能量。
【主權(quán)項】
1.一種紫外激光能量的測量方法，其特征在于:該方法包括下列步驟: 1)紫外激光能量測量光路由激光入口、衰減片、石英透鏡組、CsIiTI晶體、K9透鏡、單色儀、光電倍增管、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和計算機(jī)組成，在同心光路上依次設(shè)置激光入口、衰減片和石英透鏡組，石英透鏡組后放置一個使激光以小角度掠入射的Cs1: TI晶體，在Cs1: TI晶體的前向熒光發(fā)射區(qū)域放置一個大口徑短焦距K9透鏡，在K9玻璃透鏡后焦點處放置單色儀，所述的光電倍增管的陰極一端緊靠所述的單色儀的輸出狹縫，所述的光電倍增管陽極輸出端連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出端與計算機(jī)的輸入端相連，紫外激光通過激光入口進(jìn)入測量光路，經(jīng)過衰減片衰減后的激光經(jīng)兩個不同焦距石英透鏡組成的石英透鏡組調(diào)節(jié)光斑大小后掠入射到CsI = TI晶體上產(chǎn)生發(fā)射峰值為550nm的熒光，使用K9透鏡收集前向熒光并匯聚到單色儀輸入端，單色儀輸出550nm發(fā)射峰值處的熒光，單色儀輸出狹縫后的光電倍增管對該熒光強(qiáng)度Ptl進(jìn)行測量，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄熒光強(qiáng)度Ptl到計算機(jī)上； 2)紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系標(biāo)定:紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系E= KP的標(biāo)定光路由激光入口、石英透鏡組、50%分束鏡、標(biāo)準(zhǔn)能量計、CsIiTI晶體、K9透鏡、單色儀、光電倍增管和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，在石英透鏡組后使用50%的分束鏡將紫外激光分成兩束能量相同的激光，一束激光直接入射到標(biāo)準(zhǔn)能量計，另一束入射到Cs1:TI晶體產(chǎn)生熒光效應(yīng)，記錄標(biāo)準(zhǔn)能量計的紫外激光能量與對應(yīng)Cs1:TI晶體產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度P，不斷增大激光器能量E，繪制紫外激光能量與對應(yīng)熒光強(qiáng)度關(guān)系曲線，確定E = KP的系數(shù)K ; 3)紫外激光能量計算:在紫外激光能量測量光路中光電倍增管輸出的熒光強(qiáng)度經(jīng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入計算機(jī)，利用已經(jīng)標(biāo)定的紫外激光能量與熒光強(qiáng)度關(guān)系系數(shù)K和衰減片的系數(shù)α，計算得到紫外激光的能量Etl= KPcZa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光能量的測量方法，其特征在于所述的Cs1:TI晶體是厚度為2mm的薄片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光能量的測量方法，其特征在于所述的步驟I)中所述的Cs1:TI晶體前放置的石英透鏡組第一個透鏡的后焦點與第二個透鏡的前焦點重合，能夠?qū)崿F(xiàn)激光光斑與Cs1:TI晶體受光面積匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光能量的測量方法，其特征在于步驟I)中在Cs1:TI晶體之后使用K9透鏡收集熒光并匯聚到單色儀的入射狹縫處，K9透鏡的透光波段大于320nm，不僅可以起到匯聚熒光的作用，還可以過濾散射或殘余的紫外激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外激光能量的測量方法，其特征在于所述的步驟2)中，不斷增加激光器能量，直至出現(xiàn)熒光強(qiáng)度不再隨入射激光能量增大而增大的“熒光猝滅”現(xiàn)象。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紫外激光能量的測量方法，其特征在于所述的光電倍增管可以使用光電二極管或CCD等光電探測元件替代。
【專利摘要】一種紫外激光能量的測量方法，利用CsI:TI晶體在紫外激光的照射下產(chǎn)生熒光效應(yīng)的特性。通過標(biāo)定熒光強(qiáng)度與入射激光強(qiáng)度的線性關(guān)系，對紫外激光能量進(jìn)行測量。本發(fā)明測量方法的熒光量子效率穩(wěn)定，激光能量密度閾值高。
【IPC分類】G01J1-42
【公開號】CN104792411
【申請?zhí)枴緾N201510166688
【發(fā)明人】劉亞群, 唐順興, 崔子健, 姜秀青, 郭亞晶, 朱寶強(qiáng)
【申請人】中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月10日