專利名稱：一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及利用熱透鏡效應(yīng)進行檢測與成像領(lǐng)域，特別是一種利用衍射分光裝置分光的二維多光束激發(fā)熱透鏡成像裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)光束(以下稱泵浦光)經(jīng)過材料時，材料會因吸收光能量而導(dǎo)致局部溫度升高，從而引起材料的局部折射率發(fā)生改變。由于折射率的變化，材料會對在其中傳播的光產(chǎn)生會聚或發(fā)散等效應(yīng)，相當(dāng)于新增了一個透鏡，因而稱之為熱透鏡效應(yīng)。在這種熱透鏡效應(yīng)中，光誘導(dǎo)產(chǎn)生的材料折射率的變化，其空間分布及其隨時間的變化與泵浦光參數(shù)和材料特性緊密相關(guān)，利用熱透鏡效應(yīng)可以對材料特性進行檢測和分析，這種測量方法是一種高 靈敏、非接觸式的測量技術(shù)。最為常見的利用熱透鏡效應(yīng)進行材料特性檢測的方法是利用一束相對較強的泵浦光經(jīng)過被測樣品并在其中激發(fā)熱透鏡效應(yīng)，同時另一束相對較弱的探測光也經(jīng)過材料中產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的區(qū)域，探測光可以和泵浦光有一定夾角，也可以是同軸的。當(dāng)探測光通過泵浦光激發(fā)的熱透鏡區(qū)域時，其空間傳播特性將會發(fā)生變化，產(chǎn)生新增的會聚或發(fā)散效應(yīng)。通過檢測出射探測光的會聚或發(fā)散特性的變化，就可以獲得產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)區(qū)域的材料特性。因熱透鏡效應(yīng)所引起的探測光的空間傳播特性的變化通?？梢酝ㄟ^在出射探測光光路中的適當(dāng)位置加入一個空間濾波器來進行檢測，空間濾波器允許部分探測光能量進入光電探測器。當(dāng)泵浦光激發(fā)熱透鏡效應(yīng)，從而引起探測光產(chǎn)生新增的會聚或發(fā)散，這樣經(jīng)過空間濾波器進入到光電探測器的光能量就會相應(yīng)的發(fā)生變化。利用這種方法探測到的熱透鏡效應(yīng)引起的探測光能量變化一般比較微弱，尤其是當(dāng)樣品為弱吸收材料時。因此，實際應(yīng)用中一般需要利用鎖相技術(shù)來進行檢測。當(dāng)需要獲得樣品材料特性的二維圖像時，則是通過對樣品進行逐點掃描來獲得。這種二維掃描成像方法可以獲得較高的分辨率，在遠(yuǎn)場測量條件下近似受限于泵浦光/探測光的衍射極限，比較容易達到亞微米量級。但是這種傳統(tǒng)的二維掃描成像方法在實際應(yīng)用中受到了極大的限制。主要原因是成像的速度太慢。一方面是由于測量信號比較微弱，要獲得良好的信噪比，就需要對每一個測量點進行一定時間的鎖相積分；另一方面，進行逐點掃描，每移動到下一個測量點都需要花費一定的移動和等待時間，特別是后者，這是為了使整個系統(tǒng)從機械震動到局部溫度都能達到新的平衡以確保測量的準(zhǔn)確性。這種成像速度很慢的缺點極大地限制了熱透鏡成像技術(shù)的應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，解決熱透鏡應(yīng)用中進行二維成像過程中需要逐點掃描成像方法耗時過長的問題。本實用新型的技術(shù)方案為[0008]一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，包括有泵浦光源和探測光源，位于泵浦光源和探測光源后端順次設(shè)置的探測光空間濾波器、探測光濾光片和光電探測器，從所述的泵浦光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有泵浦光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡；從所述的探測光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有探測光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡。所述的泵浦光衍射分光裝置和分色鏡之間設(shè)置有陣列光調(diào)制器，所述的光電探測器為光電探測器陣列或一個光電探測器。所述的探測光衍射分光裝置和分光鏡之間設(shè)置有第一探測光調(diào)整透鏡；所述的聚焦成像透鏡和所述的空間濾波器之間設(shè)置有第二探測光調(diào)整透鏡。所述的探測光濾光片和光電探測器之間設(shè)置有探測光會聚透鏡。所述的泵浦光衍射分光裝置和陣列光調(diào)制器之間設(shè)置有泵浦光調(diào)整透鏡。本實用新型在成像速度上比傳統(tǒng)的對樣品逐點掃描方法有很大提高，另外由于無需進行逐點掃描，具體檢測及成像儀器設(shè)計可以避免使用移動部件，有利于提高儀器的穩(wěn)定性、降低成本、進一步小型化以及拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。

圖I是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
見圖1，一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，包括有泵浦光源I、探測光源2、位于泵浦光源1，探測光源2，設(shè)置于泵浦光源I和探測光源2后端的分色鏡3，順次設(shè)置于泵浦光源I至分色鏡3 —輸入端之間的泵浦光衍射分光裝置4、泵浦光調(diào)整透鏡5和陣列光調(diào)制器6，順次設(shè)置于探測光源2至分色鏡3另一輸入端之間的探測光衍射分光裝置7和第一探測光調(diào)整透鏡8，順次設(shè)置于分色鏡3輸出端后的聚焦成像透鏡9、第二探測光調(diào)整透鏡10、探測光空間濾波器11、探測光濾光片12、探測光會聚透鏡13和光電探測器14。探測光濾光片12的作用為遮擋雜散光，理論上只有探測光可以通過。見圖1，一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像方法，包括以下步驟(I)、將被測樣品15放置于聚焦成像透鏡9和第二探測光調(diào)整透鏡10之間；(2)、泵浦光源I發(fā)出的泵浦光束經(jīng)過泵浦光衍射分光裝置4后被分為等光強的、呈等間距陣列分布的泵浦光束組；泵浦光束組依次經(jīng)過泵浦光調(diào)整透鏡5、陣列光調(diào)制器6后得到調(diào)制，并且每一束光的調(diào)制頻率各不相同；調(diào)制后的泵浦光束組經(jīng)過分色鏡3透射后、并通過聚焦成像透鏡9后照射到被測樣品15上；(3)、由探測光源9發(fā)出的探測光束經(jīng)過探測光衍射分光裝置7后被分為等光強的、呈等間距陣列分布的探測光束組，探測光束組經(jīng)過第一探測光調(diào)整透鏡8后，由分色鏡3反射，并由聚焦成像透鏡9會聚到被測樣品15上，且探測光束組的每一束探測光在樣品上待測區(qū)域均與泵浦光束組的每一束泵浦光在空間上重合；(4)、透過被測樣品15的探測光束組再經(jīng)過第二探測光調(diào)整透鏡10、探測光空間濾波器11和探測光濾光片12，由探測光會聚透鏡13會聚進入光電探測器14測得二維熱透鏡信號圖像。具體成像檢測過程是陣列光調(diào)制器6調(diào)制后的泵浦光束組照射到被測樣品15的待測區(qū)域，每一束泵浦光在被測樣品15照射區(qū)域引起了相應(yīng)的樣品折射率的變化；由于這種折射率的變化，經(jīng)過該區(qū)域的探測光束組的傳播特性會發(fā)生改變，產(chǎn)生新增的會聚或發(fā)散效應(yīng)；由于這些新增的會聚或發(fā)散效應(yīng)，經(jīng)過探測光空間濾波器進入光電探測器的探測光的能量會相應(yīng)的發(fā)生變化；這種能量的變化與樣品折射率的變化相關(guān)，通過測量探測光能量的變化就可獲得樣品折射率的變化，從而獲得樣品的材料特性。當(dāng)采用單一光電探測器時，獲得的信號是整個探測光束組的疊加。利用鎖相檢測技術(shù)探測光電探測器的輸出信號。此時，以與某一被調(diào)制的泵浦光束的調(diào)制頻率相同的交流信號作為鎖相檢測的參考信號，這樣只有該泵浦光束誘導(dǎo)產(chǎn)生的反射率變化信號能夠被鎖相放大器測出，其它泵浦光束誘導(dǎo)產(chǎn)生的信號都被濾掉。依次改變參考信號的頻率，就可以獲得對應(yīng)的泵浦光束誘導(dǎo)產(chǎn)生的信號。再根據(jù)泵浦光束的編號以及對應(yīng)測得的信號，獲得空間分辨的二維圖像。實際使用中也可以利用多個模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路或鎖相放大器每一束探測光束 進行并行測量，以節(jié)省依次改變參考信號進行測量的時間，進一步提高成像速度。也可以采用光電探測器陣列來探測光熱透鏡信號。每一束探測光分別進入一個光電探測器。這樣在每一個光電探測器上的信號對應(yīng)樣品上每一點，在這種情況下對泵浦光的調(diào)制頻率可以是相同的，也可以是不同的。在探測終端，利用并行處理電路來進行處理，就可以把每一束泵浦光造成的熱透鏡信號(像素)分辨出來。
權(quán)利要求1.一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，包括有泵浦光源和探測光源，位于泵浦光源和探測光源后端順次設(shè)置的探測光空間濾波器、探測光濾光片和光電探測器，其特征在于從所述的泵浦光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有泵浦光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡；從所述的探測光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有探測光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，其特征在于所述的泵浦光衍射分光裝置和分色鏡之間設(shè)置有陣列光調(diào)制器，所述的光電探測器為光電探測器陣列或一個光電探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，其特征在于所述的探測光衍射分光裝置和分光鏡之間設(shè)置有第一探測光調(diào)整透鏡；所述的聚焦成像透鏡和所述的空間濾波器之間設(shè)置有第二探測光調(diào)整透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，其特征在于所述的探測光濾光片和光電探測器之間設(shè)置有探測光會聚透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，其特征在于所述的泵浦光衍射分光裝置和陣列光調(diào)制器之間設(shè)置有泵浦光調(diào)整透鏡。
專利摘要本實用新型公開了一種基于熱透鏡效應(yīng)的二維成像裝置，包括有泵浦光源和探測光源，位于泵浦光源和探測光源后端順次設(shè)置的探測光空間濾波器、探測光濾光片和光電探測器，從泵浦光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有泵浦光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡；從探測光源至空間濾波器待測樣品之間依次設(shè)置有探測光衍射分光裝置、分色鏡和聚焦成像透鏡。本實用新型在成像速度上比傳統(tǒng)的對樣品進行逐點掃描的方法快，另外由于無需進行逐點掃描，且避免了在成像檢測中移動部件，有利于提高儀器的穩(wěn)定性、降低成本、進一步小型化以及拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。
文檔編號G01N21/41GK202676595SQ20122028306
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者吳周令, 陳堅 申請人:合肥知常光電科技有限公司