CN109470658A - 一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法，装置包括激光光源模块，准直模块，样品室，光强测量模块。其中，激光光源模块与准直模块相连接，准直模块与样品室相连接，样品室与光强测量模块相连接。激光光源模块包括可调谐半导体激光器，电流控制***。准直模块包括激光准直镜，光具座。样品室包括第一样品室，第二样品室。光强测量模块包括光电转换探头，光功率计，计算机终端。测量方法为装置组装完成后，分别测量初始光强以及不同样品对应的透射光强，使用求解算法可对被测材料的反射率及吸收系数进行计算。本方法能够同时给出材料的反射率和吸收系数，精度满足使用要求，操作简单，易于实现。

Description

一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法

技术领域

本发明涉及核辐射探测领域，特别是用于探测器中一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法。

背景技术

在核辐射探测领域，通常使用探测器对射线进行测量，以得到射线的能量、强度等信息。其中，闪烁探测器作为一种常见的探测器，因其探测效率较高、时间分辨较短、操作较为简单等优势，成为了应用最为广泛的探测器之一。闪烁探测器在工作时，探测器前端的晶体吸收入射粒子的能量，将其转化为荧光，由后端的光电倍增管将荧光转化为电脉冲，经过电子学***整波、放大，输入到多道分析器，最终在计算机中得到入射粒子的能谱。实验上，为了使闪烁体发出的荧光尽可能多的输入到光电倍增管中，通常要在晶体外侧包裹一层反射材料，只留出与光电倍增管接触的表面作为出射窗，以使出射到其他表面的荧光经过若干次反射，最终能从出射窗出射。因此，反射材料的反射率与吸收系数就成为了表征该材料优劣的重要指标。

现有的反射率测量技术包括有分光光度法、光腔衰荡技术等方法，其中，光腔衰荡技术只能用于反射率在98％以上材料的测量，精度较高，而分光光度法在精度要求相对较低时更为常用。为了提高分光光度法的测量精度，需要进行多次反射，其光路图较为复杂，同时需要用到较为专业的设备，不适合在其他领域进行推广。另外，在组装核辐射探测器时，有时需要制作多层反射层以满足某些特殊设计的需要，这时，还需要对反射材料的吸收系数进行测量，而上述方法只能给出材料的反射率，不能满足实验的需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有测量技术的不足，提供一种能够同时测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法，操作简单，成本较低，易于搭建和测量。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：

一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置，包括：激光光源模块，准直模块，样品室，光强测量模块。

其中，激光光源模块与准直模块相连接，准直模块与样品室相连接，样品室与光强测量模块相连接。

激光光源模块包括可调谐半导体激光器，电流控制***。准直模块包括激光准直镜，光具座。样品室包括第一样品室，第二样品室。光强测量模块包括光电转换探头，光功率计，计算机终端。

所述的可调谐半导体激光器为基于电流控制技术的采样光栅DBR激光器，可通过调节其控制电流，使其输出特定波长的激光。

所述的电流控制***为与所述的可调谐半导体激光器相匹配的电流控制设备，能根据需要设定其输出电流，从而控制激光器的输出波长。

所述的激光准直镜为与所述的可调谐半导体激光器输出波长所耦合的激光准直镜，其端口与所述的可调谐半导体激光器输出端相连接，以输出经准直后的平行光束。

所述的样品室包括的第一样品室与第二样品室，用以盛装厚度不同的第一样品与第二样品。第一样品与第二样品均为同一材料，其为厚度均匀的薄片且厚度已知，薄片面积大于激光光束光斑大小，并且表面平整，质地均匀，没有明显划痕和污损。其固定在所述的准直器出射端前方1m处，表面与激光束垂直，另一表面与所述的光电转换探头紧密接触，以测量到尽可能完整的透射光强。

所述的光电转换探头为与所述的光功率计相匹配的光电转换元件，其光灵敏区域面积大于激光经过所述的样品室后形成的光斑面积。所述的光电转换探头通过专用的信号线将信号传输到所述的光功率计中，其显示面板能够给出测量到的光强信息。

所述的光具座长度在1.2m以上，能够固定其他部件，且放置在水平桌面上。

所述的计算机终端用来记录和处理测量到的数据，最终得到所述的待测材料的反射率与吸收系数。

利用上述测量反射材料反射率与吸收系数的装置对待测材料的测量方法，该方法包括下列步骤：

步骤一、将可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头固定在光具座上，其中激光准直镜与光电转换探头之间的距离在1m左右。打开可调谐半导体激光器，通过电流控制***设置其输出激光波长，调节可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头之间的相对位置，使其准直光束能够从激光准直镜出射，光斑位于光电转换探头光灵敏区域正中心，开启光功率计，记录此时读数I₀。

步骤二、保持可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头位置不变，将第一样品室固定于光电转换探头前方，二者紧密贴合，使第一样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计的读数I₁。

步骤三、保持可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头位置不变，取下第一样品室，将第二样品室放置于光电转换探头前方，二者紧密贴合，使样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计的读数I₂。

步骤四、将上述步骤所记录的数据输入到计算机终端中，使用反射率与吸收系数求解算法，得到相应待测材料的反射率与吸收系数。

本发明与现有技术相比具有如下优点：一、本发明结构简单，能够在很短的时间内完成***的组装和测量，从而开展下一步工作，大大增加了工作效率；二、本发明在测量材料反射率的基础上同时能够给出材料的吸收系数，在进行多层反射材料等设计时能够给出更加完整的数据；三、本发明使用的算法相对简单，在确保准确的情况下降低了计算的复杂程度，使得这种测量方法更加有利于推广。

附图说明

图1为本发明测量反射材料反射率与吸收系数的装置结构示意图。

图1中：1为可调谐半导体激光器，2为电流控制***，3为激光准直镜，4为样品室，5为光电转换探头，6为光功率计，7为计算机终端，8为光具座。

具体实施方式

下面结合图1具体描述本发明提出的一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置：

在本实施例中，整个测量装置设置在密闭的暗室当中，暗室的四周使用吸收系数很高的黑色材料作为墙壁，并且使墙壁与探测装置保持一定距离，以尽量减小环境对光的反射，从而提高测量精度。

设置电流控制***2输入到可调谐半导体激光器1的控制电流大小，使其发光波长调整为480nm，这是由组装探测器中所使用的闪烁晶体发光波长所决定的。使用与该波长所匹配的激光准直镜3与可调谐半导体激光器1对输出光线进行准直。将光源与准直装置固定在光具座8的一端，距离激光准直镜3出射端1m处固定光电转换探头5。光电转换探头5通过信号线连接至光功率计6，完成装置的基本搭建。

待测材料选取了厚度为0.5mm及1mm的PTFE板，其长宽均为100mm，测试中0.5mm厚板作为第一样品，1mm厚板作为第二样品。将第一样品与第二样品分别装入第一样品室与第二样品室，完成样品的准备工作。

光功率计6为可设定匹配波长的激光功率计，在测量前设置光功率计6的匹配波长为480nm，调整好合适的量程，以使读数精准。

本发明提供的测量反射材料反射率与吸收系数的方法，其具体方法如下所述：

步骤一、将可调谐半导体激光器1、激光准直镜3和光电转换探头5固定在光具座8上。打开可调谐半导体激光器1的电源，通过电流控制***2设置其输出激光波长，调节可调谐半导体激光器1、准直器2和光电转换探头5之间的相对位置，使其准直光束能够从激光准直镜3出射，光斑位于光电转换探头5光灵敏区域的正中心，开启光功率计6，记录此时读数I₀；

步骤二、保持可调谐半导体激光器1、激光准直镜3和光电转换探头5位置不变，将装有0.5mm厚度的PTFE板的第一样品室放置于光电转换探头5的前方，二者紧密贴合，使样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计6的读数I₁；

步骤三、保持可调谐半导体激光器1、激光准直镜3和光电转换探头5位置不变，取下第一样品室，将装有1mm厚度的PTFE板的第二样品室放置于光电转换探头5的前方，二者紧密贴合，使样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计6的读数I₂；

步骤四、将上述步骤所记录的数据输入到计算机终端7中，使用反射率与吸收系数求解算法，得到相应待测材料的反射率与吸收系数。

总之，本发明提供了一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置和方法，可以测量常用材料的反射率和吸收系数，其对于反射材料的测量精度可以满足使用需求。相比于过去常用的方法，本发明操作简单，易于实现，在很多领域都可以进行相应推广。

Claims (5)

1.一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置，其特征在于：包括激光光源模块，准直模块，样品室，光强测量模块；其中激光光源模块与准直模块相连接，准直模块与样品室相连接，样品室与光强测量模块相连接；激光光源模块包括可调谐半导体激光器，电流控制***；准直模块包括激光准直镜，光具座；样品室包括第一样品室，第二样品室；光强测量模块包括光电转换探头，光功率计，计算机终端。

2.根据权利要求1所述的一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置，其特征在于：所述的可调谐半导体激光器为基于电流控制技术的采样光栅DBR激光器，可通过调节其控制电流，使其输出特定波长的激光。

3.根据权利要求1所述的一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置，其特征在于：所述激光光源模块发出的光线经过所述准直模块进行准直，照射到所述样品室表面，穿过样品室的光线由所述光强测量模块进行收集，最终得到光强读数，通过特定算法进行数据处理。

4.根据权利要求1所述的一种测量反射材料反射率与吸收系数的装置，其特征在于：所述的样品室包括的第一样品室与第二样品室，用以盛装厚度不同的第一样品与第二样品；第一样品与第二样品均为同一材料，其为厚度均匀的薄片且厚度已知，薄片面积大于激光光束光斑大小，并且表面平整，质地均匀，没有明显划痕和污损。

5.一种测量反射材料反射率与吸收系数的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

步骤一、将可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头固定在光具座上，其中激光准直镜与光电转换探头之间的距离在1m左右，打开可调谐半导体激光器，通过电流控制***设置其输出激光波长，调节可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头之间的相对位置，使其准直光束能够从激光准直镜出射，光斑位于光电转换探头光灵敏区域正中心，开启光功率计，记录此时读数I₀；

步骤二、保持可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头位置不变，将第一样品室固定于光电转换探头前方，二者紧密贴合，使第一样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计的读数I₁；

步骤三、保持可调谐半导体激光器、激光准直镜和光电转换探头位置不变，取下第一样品室，将第二样品室放置于光电转换探头前方，二者紧密贴合，使样品室表面垂直于入射光线，记录下此时光功率计的读数I₂；

步骤四、将上述步骤所记录的数据输入到计算机终端中，使用反射率与吸收系数求解算法，得到相应待测材料的反射率与吸收系数。