CN103115705B - 基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，包括：一泵浦激光器；一固体激光器接收所述泵浦激光器输出的激光，所述固体激光器包括一反射腔镜、一固体激光增益介质以及一出射腔镜依次间隔设置形成所述固体激光器的谐振腔，所述固体激光增益介质与所述出射腔镜之间用以承载待测样品；一偏振片接收所述固体激光器输出的激光并在激光中形成拍频信号；一光电探测器，所述光电探测器探测所述拍频信号并将所述拍频信号转换为电信号；以及一信号处理***，所述信号处理***对所述电信号进行处理，得到所述待测样品的光程延迟或位相延迟，并换算为所述待测样品双折射的大小。本发明进一步提供一种待测样品应力和双折射的测量方法。
Description
技术领域
本发明基于一种固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法，尤其涉及一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法。
背景技术
透明介质在很多光学***中都要使用，而透明介质内部的双折射效应是衡量透明介质性能的技术指标，在应用中很大程度影响着光学***的性能，对双折射的测量，例如波片位相延迟的测量，需要很高的精度。另一方面，工业现场常需要对材料内部的应力分布进行在线监测，应力测量是实验力学中的重要内容，与工程建设和实际生活关系密切，往往需要很高的精度。
现有技术中，测量透明介质内双折射、应力测量的仪器，通常是利用一反射镜与气体激光增益管组成半外腔气体激光器谐振腔，然后在谐振腔内***透明介质，利用气体激光器的频率***现象进行测量，其测量精度比传统测量方法高。
然而，这种方法在测量透明介质双折射时，需要在透明介质表面镀增透膜，激光谐振腔的腔体较长，不够小型化，这些因素大大限制了该种方法的广泛应用。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种无需在透明介质表面镀增透膜、小型化的、基于正交偏振固体激光的应力双折射测量仪及测量方法。
一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，包括：一泵浦激光器；一固体激光器，所述固体激光器接收所述泵浦激光器输出的激光，所述固体激光器包括一反射腔镜、一固体激光增益介质以及一出射腔镜依次间隔设置形成所述固体激光器的谐振腔，所述固体激光增益介质与所述出射腔镜之间设置待测样品，所述待测样品设置在所述谐振腔内激光的光路上；一偏振片，所述偏振片接收所述固体激光器输出的激光并在激光中形成拍频信号；一光电探测器，所述光电探测器探测所述拍频信号并将所述拍频信号转换为电信号；以及一信号处理***，所述信号处理***对所述电信号进行处理，得到所述待测样品的光程延迟或位相延迟，并换算为所述待测样品双折射的大小。
一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪测量透明介质应力和双折射的测量方法，包括以下步骤：驱动泵浦激光器输出激入射到所述固体激光器，并使固体激光器输出激光；将所述待测样品设置于固体激光增益介质与所述输出腔镜之间，并设置于所述谐振腔内部激光的光路上；以及改变所述谐振腔内部的激光在待测样品表面的入射点，对所述待测样品表面进行扫描，得到所述待测样品不同位置处双折射的大小。
相对于现有技术，本发明所提供的基于正交偏振固体激光的应力双折射测量仪及测量方法，首次提出采用正交偏振固体激光来测试透明介质的应力双折射，待测样品可直接放置于固体激光器的谐振腔内，无需在所述待测样品的表面再镀增透膜，测量方法更加简单；另外，由于固体激光器谐振腔可以做得更短，体积可以做得更小，使得所述固体激光应力双折射的测量装置体积更小，这种将双折射和应力测量有机统一的新型装置可在光学***、材料性能、实验力学、工业生产中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪的结构示意图。
图2为本发明第二实施例提供的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪的结构示意图。
主要元件符号说明
| 应力和双折射测量仪 | 100、200 |
| 泵浦激光器 | 10 |
| 准直聚焦*** | 11 |
| 固体激光器 | 12 |
| 偏振片 | 13 |
| 光电探测器 | 14 |
| 信号处理*** | 15 |
| 待测样品 | 16 |
| 频差探测单元 | 17 |
| 固体激光增益介质 | 121 |
| 微动元件 | 122 |
| 反射腔镜 | 124 |
| 出射腔镜 | 126 |
| 加力*** | 20 |
| 加力传感器 | 21 |
| 分光镜 | 22 |
| 分光棱镜 | 23 |
| 第一光电探测器 | 24 |
| 第二光电探测器 | 25 |
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本发明提供的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法。
如图1所示，本发明第一实施例提供一种应力和双折射测量仪100，所述应力和双折射测量仪100包括一泵浦激光器10，一准直聚焦***11，一固体激光器12，一偏振片13，一光电探测器14以及以信号处理***15。所述准直聚焦***11，固体激光器12，偏振片13以及所述光电探测器14沿所述泵浦激光器10输出激光的光路方向依次设置，所述信号处理***15与所述光电探测器14电连接。
所述泵浦激光器10的类型可以是气体激光器、固体激光器或半导体激光器，并可连续输出激光，工作模式为单纵模。本实施例中，所述泵浦激光器10为一半导体激光器，工作功率为100mW连续可调，输出激光的波长为808纳米。所述泵浦激光器10的输出激光作为所述固体激光器12的泵浦激光为固体激光器12提供泵浦。
所述准直聚焦***11设置于所述泵浦激光器10输出激光的光路上，用于对所述泵浦激光器10输出的激光进行整形，以会聚泵浦激光器10输出的激光。所述准直***可为一准直会聚透镜***，也可为一光纤，也可以为其他会聚***。当所述泵浦激光器10直接输出的激光光斑满足测量精确度要求时，所述准直聚焦***11为一可选择结构。本实施例中，所述准直聚焦***为一准直会聚透镜***，包括两组平行且相对设置的凸透镜设置于所述泵浦激光器10输出激光的光路上，所述输出激光经过会聚透镜***会聚形成激光光斑入射入所述固体激光器12。
所述固体激光器12设置于所述准直聚焦***11输出激光的光路上，以接收泵浦激光器10输出的激光。所述固体激光器12包括一反射腔镜124，一固体激光增益介质121，一出射腔镜126沿所述泵浦激光器10输出激光的光路依次设置。所述固体激光增益介质121设置于所述反射腔镜124与出射腔镜126之间，并与反射腔镜124与出射腔镜126形成所述固体激光器12的谐振腔。所述固体激光器12中的固体激光增益介质121在所述泵浦激光器10输出激光的激励下产生激光。本实施例中，所述出射腔镜126、反射腔镜124分别与所述固体激光增益介质121间隔设置。固体激光增益介质121与所述出射腔镜126之间的位置用来放置待测样品16，待测样品16分别与固体激光增益介质121和出射腔镜126间隔设置。所述待测样品16为一纯材料的待测样品，所述“纯材料”是指所述待测样品16表面未设置增透膜、反射膜等光学元件，固体激光增益介质121产生的激光直接入射到所述纯材料的待测样品16表面。本实施例中，所述待测样品16为一波片。可以理解，在所述反射腔镜124、固体激光增益介质121以及出射腔镜126所组成的***满足谐振腔的条件下，反射腔镜124、出射腔镜126与所述固体激光增益介质121之间的间隔距离及各自具体结构形状，可根据实验条件进行选择。所述固体激光增益介质121的材料不限，只要能够适用于固体激光器激励物质的均可，可选择为如红宝石（Cr:Al2O3）、掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）或氟化钇锂（Nd:YLF）等。本实施例中，所述固体激光增益介质121为Nd:YAG晶体微片，所述Nd:YAG晶体的切割方向可沿<111>晶向切割，从而形成平整的表面。所述固体激光增益介质121的形状为一圆柱体，所述圆柱体的中心轴与所述泵浦激光器10输出激光平行，优选的，所述圆柱体的中心轴与所述泵浦激光器10输出激光共轴，即所述泵浦激光器10输出的激光沿所述圆柱体的中心轴入射所述固体激光增益介质121，所述固体激光增益介质121输出激光的频率为1064纳米。可以理解，所述固体激光增益介质121也可以为其他柱状结构，如三棱柱、四棱柱等等，并与反射腔镜124与出射腔镜126构成激光谐振腔，泵浦激光器10输出的激光沿所述柱状结构的中心轴入射。
所述反射腔镜124可为一单层结构也可为多层结构，所述反射腔镜124对于所述固体激光增益介质121输出的激光为高反射性，反射率可大于99.8%；同时，所述反射腔镜124对于所述泵浦激光器10输出的激光为高透射性，通过率可大于96%。所述出射腔镜126对于谐振腔内的激光部分输出部分反射，反射率约为98%±1%；同时，所述出射腔镜126对于所述泵浦激光器10输出的激光为高反射性，从而能够有效对经过固体激光增益介质121后的泵浦激光器10的激光进行反射，反射率可大于99.8%，从而保证所述固体激光器12能够具有足够的激光输出功率。本实施例中，所述固体激光器12输出激光与所述泵浦激光器10输出的激光共轴。
进一步的，所述固体激光器12可包括一微动元件122设置于所述出射腔镜126表面，推动所述出射腔镜126沿固体激光器12输出激光的方向在微米级范围内移动，用来稳定激光输出模式。本实施例中，所述微动元件122为压电陶瓷。可以理解，所述微动元件122也可以为其他微动控制元件。
固体激光器12输出的激光，可以单纵模，双纵模，或多纵模，优选的是单纵模。所述固体激光器12输出的激光为线偏振光。待测样品16放入固体激光器12的谐振腔内之后，待测样品16由于自身或外部作用力而具有的各向异性，进而产生双折射效应，所述线偏振光发生激光频率***效应，形成正交偏振的、具有一定的频率差的两束线偏振光。
所述偏振片13设置于所述固体激光器12输出激光的光路上，以接收固体激光器12输出的激光，并在激光中形成拍频信号。本实施例中，所述偏振片13的通光方向沿所述固体激光器12输出激光正交偏振方向夹角的平分线，从而使得在偏振片13的通光方向上形成频率等于两个激光模式，简化后续计算程序。可以理解，所述偏振片13的通光方向也可以沿其他方向，只要保证固体激光器12输出的激光经过所述偏振片13后能够含有拍频信号即可。
所述光电探测器14设置于所述固体激光器12输出激光的光路上，具体的，所述光电探测器14设置于所述固体激光器12输出的激光经过所述偏振片13后的激光光路上。所述光电探测器14用于接收激光经过所述偏振片13形成的拍频，并将所述含有拍频信号的激光转换为电信号。
所述信号处理***15用于接收所述电信号，对所述电信号进行处理，以得到所述波片的光程延迟或位相延迟，进而换算为所述波片双折射的大小。
所述基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪100的测量原理及方法如下：
步骤S11，启动泵浦激光器10输出激光入射到所述固体激光器12，并使固体激光器输出激光；
步骤S12，将所述待测样品16置于所述固体激光增益介质121与所述输出腔镜126之间，并使所述待测样品16设置在所述泵浦激光器10输出激光的光路上；
步骤S13，变换所述待测样品16的位置，使待测样品16相对于入射到待测样品16表面的激光移动，以扫描所述待测样品16的表面，得到所述待测样品不同位置处双折射的大小及分布。
在步骤S12中，固体激光器12输出激光相邻两级纵模 、间的频率差即纵模间隔为：
（1），
其中，c为光速，L为固体激光器12谐振腔腔长。
所述待测样品16置入后，使所述激光纵模发生***，形成偏振方向相互正交的两个纵模；且两个***纵模的频率差为：
（2），
其中，为激光频率，为待测样品16引起的o光与e光的光程差。本实施例中，对于所述波片，有：
（3），
其中，为激光波长，为波片位相延迟量。由上述（1）（2）（3）式及波长-频率关系，可得：
（4）。
由式（4）可知，所述待测样品16双折射的大小可通过所述待测样品16在该位置的位相延迟量得到。而所述位相延迟量可通过***出的频率差以及纵膜间隔计算。
同样，也可由式（2）直接得到所述光程差：
（5）。
通过测量***出的频率差、激光频率以及固体激光器12的谐振腔腔长L，可计算出所述光程差，得到待测样品16双折射的大小。进一步，可包括一频差探测单元17设置于所述光电探测器14与所述信号处理***15之间，以探测***出的各个频率，并计算出所述频率差输入所述信号处理***15。所述频差探测单元17可为一频谱仪、频率计、扫描干涉仪等。
在步骤S13中，可通过一驱动机构（图未示）驱动所述待测样品16，沿垂直于所述泵浦激光器10的出射激光方向移动，从而改变所述固体激光在待测样品16表面的入射点，对所述待测样品16表面进行扫描，得到不同位置处的双折射大小。
可以理解，为保证测量的精确度，可设置一温差补偿及温差控制***（图未示），对所述固体激光应力和双折射测量仪200的测量环境进行控制，减少温度等其他因素对测量结果的影响。同时，可通过一稳频装置（图未示）对所述固体激光器12输出的激光进行稳频，减少频率变化对测量结果的影响。
如图2所示，本发明第二实施例提供一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪200，包括包括一泵浦激光器10，一准直聚焦***11，一固体激光器12，一偏振片13，一光电探测器14，一信号处理***15、一加力***20，一加力传感器21，一分光镜22，一分光棱镜23，一第一光电探测器24以及一第二光电探测器25。所述加力***20，加力传感器21，分光镜22，分光棱镜23，第一光电探测器24以及第二光电探测器25构成一应力测量***以测量待测样品16内部的应力大小及方向。本发明第一实施例提供的固体激光应力双折射的测量装置200与第一实施例提供的固体激光应力双折射的测量装置100结构基本相同，其不同在于，所述固体激光应力双折射的测量装置200进一步包括所述应力测量***。所述固体激光应力双折射的测量装置200即可测量所述待测样品16收到作用力时产生的位相延迟，也可同时测量待测样品16内部应力的大小及方向。
所述加力***20用以向所述待测样品16施加作用力，从而引起所述待测样品16内部产生应力变化。本实施例中，所述加力***20为一质量块，所述质量块作用于所述待测样品16上，使所述待测样品16内部产生应力。如所述质量块可通过自身重力对所述待测样品16施加作用力。所述加力***20也可通过其他形式向所述待测样品16施加作用力，如夹持、电磁力等，只要在不破坏所述待测样品16的条件下使其内部产生应力即可。
所述加力传感器21用于感测所述加力***20向所述待测样品16施加的作用力的大小及方向，并将感测结果输入所述信号处理***15。所述加力传感器21可为应变管式、膜片式、应变梁式、组合式、重力式等力传感器。本实施例中，所述加力传感器21为一膜片式力传感器，膜片与所述加力***20连接以感测加力***20对待测样品16施加的作用力。
所述分光镜22设置于所述偏振片13与所述光电探测器14之间，用于将偏振片13输出的激光分束，形成两束沿不同方向出射的激光。本实施例中，所述偏振片13输出的激光经过所述分光镜22后，形成两束相互垂直的激光。第一束激光透射所述分光镜22并沿泵浦激光器10输出激光的方向进入光电探测器14，用于测量所述待测样品16的位相延迟及应力大小，第二束激光用于测量所述待测样品16内部应力的方向。可以理解，经过分光镜22后，两束激光之间的夹角并不限于以上所举，只要保证两束激光能够分开即可。本实施例中，所述分光镜22为一半透半反平面镜，且所述平面镜的法线与所述固体激光器12输出的激光呈45度设置。
所述分光棱镜23用于接收第二束激光，并将所述第二束激光分成两个正交偏振的分量。本实施例中，所述分光棱镜23为一渥拉斯顿棱镜，入射的激光经过渥拉斯顿棱镜后分成两个正交偏振的分量。可以理解，所述分光棱镜23也可以为其他光学元件如方解石、洛匈棱镜等，只要能将所述激光分成两个正交偏振的分量即可。
所述第一光电探测器24及第二光电探测器25分别接收所述两个正交偏振的分量，并将该两个正交偏振的分量转换为电信号，输入所述信号处理***15，所述信号处理***15通过对电信号进行分析，即可得出所述待测样品16中产生的应力的方向。
所述应力和双折射测量仪20的测量原理如下：当把光弹性材料放入激光器谐振腔内并加力时，会发生激光谐振腔内光弹性效应，产生激光频率***。此时，根据二维应力状态的光弹性应力-光学定律，可得：
其中，为待测样品内部应力差，σ1和σ2为相互正交的两应力，C为待测样品相对应力光学系数，t为待测样品16在固体激光器12输出激光方向上的厚度。通过改变激光与待测样品16之间的位置关系，得到两个，即可计算出待测样品16内部的应力σ1和σ2。
本发明第二实施例提供的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪200，通过加力***20对所述待测样品16施加一作用力，并使待测样品16内部产生应力，通过加力传感器21以探测所述作用力的大小并将探测结果输入信号处理***15。分光镜22将从偏振片13输出的激光分为两束不同方向传播的第一束激光及第二束激光，所述第一束激光入射所述光电探测器14，光电探测器14将第一束激光转化为电信号输入信号处理***，得到所述待测样品16内部双折射的大小以及进一步得到应力大小。分光棱镜23接收所述第二束激光，并将所述第二束激光分成两个正交偏振的分量，通过第一光电探测器24及第二光电探测器25分别接受两个正交偏振的分量，并转换为电信号输入所述信号处理***15，得到所述待测样品16内部应力方向。
本发明所提供的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法，具有以下有益效果：首先，通过将待测样品放置于一固体激光器的谐振腔内，无需在所述待测样品的表面再镀增透膜即可实现应力双折射的测量，结构更加简单且可溯源，并且不会对待测样品造成污染或损伤；其次，由于固体激光器谐振腔可以做得更短，体积可以做得更小，且为全固态，因此使得所述应力和双折射测量仪体积更小，同时具有更高的灵敏度，尤其适用于测量待测样品内部的残余应力；再次，所述固体激光器具有更高的输出功率且其输出功率可连续调节，即使待测样品对谐振腔引入的光学损耗很大，通常也无需在所述待测样品的表面再镀增透膜，即可实现正常出光，因而具有更广阔的应用前景；最后，基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪及测量方法既可以测量在不施加应力时，待测样品内部双折射的大小，例如波片位相延迟，也可以在对待测样品施加作用力时，测量待测样品内部应力的大小及方向，具有更高的灵活性，可以在线实时测量，具有更大的实用价值。这种将双折射和应力测量有机统一的新型装置可在光学***、材料性能、实验力学、工业生产中获得广泛的应用。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，包括：
一泵浦激光器；
一固体激光器，所述固体激光器接收所述泵浦激光器输出的激光，所述固体激光器包括一反射腔镜、一固体激光增益介质以及一出射腔镜依次间隔设置形成所述固体激光器的谐振腔，所述固体激光增益介质与所述出射腔镜之间设置待测样品，所述待测样品设置在所述谐振腔内激光的光路上；
一偏振片，所述偏振片接收所述固体激光器输出的激光并在激光中形成拍频信号；
一光电探测器，所述光电探测器探测所述拍频信号并将所述拍频信号转换为电信号；以及
一信号处理***，所述信号处理***对所述电信号进行处理，得到所述待测样品的光程延迟或位相延迟，并换算为所述待测样品双折射的大小。
2.如权利要求1所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，其特征在于，所述待测样品为一纯材料的待测样品。
3.如权利要求1所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，其特征在于，包括一加力***以及一加力传感器，所述加力***向所述待测样品施加作用力，引起所述待测样品内部产生应力变化，所述加力传感器用于感测待测样品某一位置所受力的大小，并将感测结果输入所述信号处理***。
4.如权利要求3所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，其特征在于，进一步包括一分光镜、一分光棱镜、一第一光电探测器及一第二光电探测器；
所述分光镜设置于所述偏振片与所述光电探测器之间，用以将从所述偏振片出射的激光分束，分解成两束不同方向的第一束激光和第二束激光；
所述光电探测器用于接收第一束激光并转化为电信号以计算待测样品内部双折射的大小；
所述分光棱镜用于接收第二束激光并再次分成两个正交偏振的分量；
所述第一光电探测器及第二光电探测器分别接收所述两个正交偏振的分量，并转换为电信号输入信号处理***，得到所述待测样品内部主应力的方向。
5.如权利要求4所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，其特征在于，所述偏振片的透光方向沿所述固体激光器输出激光正交偏振方向夹角的平分线。
6.如权利要求4所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪，其特征在于，所述分光棱镜将偏振片输出的激光分成两束相互垂直的第一束激光和第二束激光。
7.一种应用如权利要求4所述的基于正交偏振固体激光的应力和双折射测量仪测量透明介质应力和双折射的测量方法，包括以下步骤：
驱动泵浦激光器输出激入射到所述固体激光器，并使固体激光器输出激光；
将所述待测样品设置于固体激光增益介质与所述输出腔镜之间，并设置于所述谐振腔内部激光的光路上；以及
改变所述谐振腔内部的激光在待测样品表面的入射点，对所述待测样品表面进行扫描，得到所述待测样品不同位置处双折射的大小。
8.如权利要求7所述的应力和双折射的测量方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：
通过加力***对所述待测样品施加一作用力，并使待测样品内部产生应力；
通过加力传感器探测所述作用力的大小并将探测结果输入信号处理***；
通过分光镜将从偏振片输出的激光分为两束不同方向传播的第一束激光及第二束激光，所述第一束激光入射所述光电探测器，所述光电探测器将所述第一束激光转换为电信号输入信号处理***，得到所述应力的大小；
通过分光棱镜接收所述第二束激光，并将所述第二束激光分成两个正交偏振的分量；以及
通过第一光电探测器及第二光电探测器分别接受两个正交偏振的分量，并转换为电信号输入所述信号处理***，得到所述待测样品内部应力的方向。
9.如权利要求8所述的应力和双折射的测量方法，其特征在于，通过驱动所述待测样品，使谐振腔内激光对待测样品表面进行扫描，得到待测样品表面不同位置处的应力大小及方向，得到所述应力的分布。
10.如权利要求7所述的应力和双折射的测量方法，其特征在于，所述待测样品双折射的大小通过以下方程计算：
其中，δ为激光在待测样品内部产生的光程差，Δv为激光通过待测样品***出的频率差、v为激光频率，L为固体激光器的谐振腔腔长。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1654921A (zh) * | 2005-02-25 | 2005-08-17 | 清华大学 | 具有方向识别功能的自混合干涉HeNe激光位移传感器 |
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (3)
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| Ligang Fei,etc.Polarization control in a He-Ne laser using birefringence feedback.《OPTICS EXPRESS》.2005,第13卷(第8期),3117-3122. * |
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