CN100575895C - 激光功率测量用积分球制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种激光功率测量用积分球制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：取一金属球，该金属球为中空结构；步骤2：在金属球中空形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层；步骤3：对二氧化硅粉末层进行湿氧、干氧交替氧化，使二氧化硅粉末层烧结为均匀致密的白色二氧化硅膜层。

Description

激光功率测量用积分球制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种光探测用积分球制备方法，特别是支持激光功率测量用光探测器件的激光功率测量用积分球制备方法。
背景技术
在现代光学测量中，广泛使用测光积分球，像光学材料的反射比测量，大都采用积分球法。积分球又称为光通球，是一个中空的完整球壳。内壁涂白色漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。积分球的优点在于它不仅能收集样品上的全部反射光，而且球壁各部分向接收器反射的光具有对称性，与反射的角分布无关，这种性能与球的结构以及内涂层密切相关。根据测光积分球的基本原理，一束光通量由入口进入积分球后，经球内壁多次漫反射之后，到达任一窗口的光照度都是多次漫反射的积分。
对于现有积分球光功率计，其主要有两个制备方法，分别是采用聚四氟乙烯模压法制备和硫酸钡喷涂法。采用聚四氟乙烯模压法制备的积分球漫反射性能好，但价格昂贵。我国照明业长期以来存在这样的误区：积分球内涂层越白越好，即反射率越高越好。事实上很白的积分球内涂层(通常为硫酸钡涂层)，不仅反射率变化较大，易脏，粘结剂使用不当易返黄，而且光谱反射率不平坦，主要是短波蓝光部分下跌较大，对测光精确度影响较大，并且硫酸钡涂层牢固性不佳，容易脱落，这将直接导致测量结果的不准确。
因此，我们提出了利用氧化烧结二氧化硅涂层的方法制备积分球光功率计的漫反射层，由于工艺步骤采用喷涂法产生二氧化硅粉末层，因此制备工艺简单；由于采用高温烧结，膜层结构致密，附着质量好。这种方法在保证积分球漫反射特性的前提下工艺相对简单，在国际上还没有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种光探测用积分球制备方法，其是采用火焰水解法沉积二氧化硅粉末，方法简单，制备成本低，因其采用高温氧化烧结方式制备二氧化硅膜层，结构致密，附着性能好；采用沉积方法，对积分球设计尺寸无要求，提高适用性。
本发明提供一种激光功率测量用积分球制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取一金属球，该金属球为中空结构；
步骤2：在金属球中空形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层；
步骤3：对二氧化硅粉末层进行湿氧、干氧交替氧化，使二氧化硅粉末层烧结为均匀致密的白色二氧化硅膜层。
其中步骤1所说的金属球的材料为铁或铝或铜。
其中步骤2所说的在金属球形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层的方法是火焰水解方法。
其中所说的通过火焰水解方法沉积一层二氧化硅粉末层时，在反应气体中加入磷、硼元素以调节氧化温度。
其中步骤3所说的湿氧、干氧交替氧化，在氧化过程中是通过调节氧气流量改变二氧化硅膜层致密度。
其中步骤3所说的对二氧化硅粉末层进行湿氧、干氧交替氧化，该交替氧化的次数为2-5次。
其中所说的湿氧、干氧交替氧化的氧化温度为800至1100摄氏度。
本发明提供的一种光探测用积分球制备方法，其具有以下优点：
1、采用火焰水解法沉积二氧化硅粉末，方法简单，制备成本低。
2、采用高温氧化烧结方式制备二氧化硅膜层，结构致密，附着性能好。
3、采用沉积方法，对积分球设计尺寸无要求，提高适用性。
附图说明
为了进一步说明本发明的特征和效果，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为光探测用积分球结构示意图；
图2为积分球腔体内壁通过火焰水解法喷涂二氧化硅粉末及烧结成膜工艺流程图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明一种激光功率测量用积分球制备方法，包括如下步骤：
步骤1：取一金属球10，该金属球10为中空结构；该金属球10的材料为铁或铝或铜；
步骤2：在金属球10中空形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层40；所说的在金属球10形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层40的方法是火焰水解方法；采用火焰水解方法沉积二氧化硅粉末层40时，在反应气体中加入磷、硼元素以调节氧化温度；
步骤3：对二氧化硅粉末层40进行湿氧、干氧交替氧化，使二氧化硅粉末层40烧结为均匀致密的白色二氧化硅膜层；所说的湿氧、干氧交替氧化，在氧化过程中是通过调节氧气流量改变二氧化硅膜层致密度；所说的对二氧化硅粉末层40进行湿氧、干氧交替氧化，该交替氧化的次数为2-5次；其中所说的湿氧、干氧交替氧化的氧化温度为800至1100摄氏度。
其再参阅图1，图1是描述光探测用积分球结构示意图。该器件包括积分金属球10，该金属球10有一中空腔体；在金属球10上开有入射孔20，该入射孔20用于激光入射；在金属球10上开有圆孔30，该圆孔30用于安装光电探测器，该入射孔20与圆孔30相差90度；在金属球10的内表面附着一层通过火焰水解法沉积并经过干湿氧氧化烧结的二氧化硅粉末层40，该二氧化硅粉末层40为二氧化硅膜层；烧结的二氧化硅膜层主要作用是将入射光均匀的漫反射到积分球内，以减少探测器对入射光几何尺寸及偏振态的影响；积分球内壁挡板50的作用是避免入射光线在未经过漫反射的条件下直接经开孔30照射到光电探测器上，防止接收器直接接收第一次反射光，只接收积分光，从而提高测量准确度。
请再参阅图2，图2是描述积分球腔体内壁通过火焰水解法沉积二氧化硅粉末工艺示意图。首先在积分球内壁通过火焰水解法沉积一层二氧化硅粉末，若一次喷涂粉末厚度不足，可通过扫描方式反复沉积直到二氧化硅粉末层达到要求厚度；然后将积分球放入通有干湿氧的氧化炉中进行烧结，烧结温度为800摄氏度至1100摄氏度，烧结过程中可以通过干湿氧氛围的交替以及改变烧结温度，调节烧结后的二氧化硅膜层致密度。
我们研制的新型测光积分球，是用二氧化硅粉末烧结涂层代替常用的氧化镁(MgO)、硫酸钡(BaSO4)作积分球涂层，在光通信用波长范围内，光谱反射比较高，且反射比中性好，有利于减小它对积分球非中性的影响。
新型二氧化硅粉末烧结涂层积分球由于其反射比较高，因此可以大大提高积分球的效率，这有利于低透射、弱反射光信号测量，不仅可以提高测量的灵敏度，而且也大大改善了测量的信噪比.
另外，由于涂层采用烧结制备，涂层粘性好，不易破裂与起皱，灰尘可以用清洁的毛刷清除，不会损伤涂层。二氧化硅粉末烧结涂层不怕潮湿，暴露在紫外光下也不会变黄，具有很好的环境适应性，能够广泛应用与实验室外的实际生产环境中。
由于温度对测量具有一定的影响，为了进一步增加测量的准确性，可在积分球内增加温度传感装置，记录测量时实际温度，通过温度控制或者计算补偿等方式进行修正，从而实现高精度测量。

Claims (7)

1、一种激光功率测量用积分球制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：取一金属球，该金属球为中空结构；
步骤2：在金属球中空形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层；
步骤3：对二氧化硅粉末层进行湿氧、干氧交替氧化，使二氧化硅粉末层烧结为均匀致密的白色二氧化硅膜层。
2、根据权利要求1所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中步骤1所说的金属球的材料为铁或铝或铜。
3、根据权利要求1所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中步骤2所说的在金属球中空形腔体内表面沉积一层二氧化硅粉末层的方法是火焰水解方法。
4、根据权利要求3所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中所说的通过火焰水解方法沉积一层二氧化硅粉末层时，在反应气体中加入磷、硼元素以调节氧化温度。
5、根据权利要求1所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中步骤3所说的湿氧、干氧交替氧化，在氧化过程中是通过调节氧气流量改变白色二氧化硅膜层致密度。
6、根据权利要求1所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中步骤3所说的对二氧化硅粉末层进行湿氧、干氧交替氧化，该交替氧化的次数为2-5次。
7、根据权利要求1、5或6所述的激光功率测量用积分球制备的方法，其特征在于，其中所说的湿氧、干氧交替氧化的氧化温度为800至1100摄氏度。
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