基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀及測量方法技術

本發明專利技術提供一種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，包括：一泵浦激光器；一固體激光器接收所述泵浦激光器輸出的激光，所述固體激光器包括一反射腔鏡、一固體激光增益介質以及一出射腔鏡依次間隔設置形成所述固體激光器的諧振腔，所述固體激光增益介質與所述出射腔鏡之間用以承載待測樣品；一偏振片接收所述固體激光器輸出的激光并在激光中形成拍頻信號；一光電探測器，所述光電探測器探測所述拍頻信號并將所述拍頻信號轉換為電信號；以及一信號處理系統，所述信號處理系統對所述電信號進行處理，得到所述待測樣品的光程延遲或位相延遲，并換算為所述待測樣品雙折射的大小。本發明專利技術進一步提供一種待測樣品應力和雙折射的測量方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術基于一種固體激光的應力和雙折射測量儀及測量方法，尤其涉及一種。
技術介紹
透明介質在很多光學系統中都要使用，而透明介質內部的雙折射效應是衡量透明介質性能的技術指標，在應用中很大程度影響著光學系統的性能，對雙折射的測量，例如波片位相延遲的測量，需要很高的精度。另一方面，工業現場常需要對材料內部的應力分布進行在線監測，應力測量是實驗力學中的重要內容，與工程建設和實際生活關系密切，往往需要很高的精度。現有技術中，測量透明介質內雙折射、應力測量的儀器，通常是利用一反射鏡與氣體激光增益管組成半外腔氣體激光器諧振腔，然后在諧振腔內插入透明介質，利用氣體激光器的頻率分裂現象進行測量，其測量精度比傳統測量方法高。然而，這種方法在測量透明介質雙折射時，需要在透明介質表面鍍增透膜，激光諧振腔的腔體較長，不夠小型化，這些因素大大限制了該種方法的廣泛應用。
技術實現思路
綜上所述，確有必要提供一種無需在透明介質表面鍍增透膜、小型化的、基于正交偏振固體激光的應力雙折射測量儀及測量方法。—種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，包括:一泵浦激光器；一固體激光器，所述固體激光器接收所述泵浦激光器輸出的激光，所述固體激光器包括一反射腔鏡、一固體激光增益介質以及一出射腔鏡依次間隔設置形成所述固體激光器的諧振腔，所述固體激光增益介質與所述出射腔鏡之間設置待測樣品，所述待測樣品設置在所述諧振腔內激光的光路上；一偏振片，所述偏振片接收所述固體激光器輸出的激光并在激光中形成拍頻信號；一光電探測器，所述光電探測器探測所述拍頻信號并將所述拍頻信號轉換為電信號；以及一信號處理系統，所述信號處理系統對所述電信號進行處理，得到所述待測樣品的光程延遲或位相延遲，并換算為所述待測樣品雙折射的大小。一種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀測量透明介質應力和雙折射的測量方法，包括以下步驟:驅動泵浦激光器輸出激入射到所述固體激光器，并使固體激光器輸出激光；將所述待測樣品設置于固體激光增益介質與所述輸出腔鏡之間，并設置于所述諧振腔內部激光的光路上；以及改變所述諧振腔內部的激光在待測樣品表面的入射點，對所述待測樣品表面進行掃描，得到所述待測樣品不同位置處雙折射的大小。相對于現有技術，本專利技術所提供的基于正交偏振固體激光的應力雙折射測量儀及測量方法，首次提出采用正交偏振固體激光來測試透明介質的應力雙折射，待測樣品可直接放置于固體激光器的諧振腔內，無需在所述待測樣品的表面再鍍增透膜，測量方法更加簡單；另外，由于固體激光器諧振腔可以做得更短，體積可以做得更小，使得所述固體激光應力雙折射的測量裝置體積更小，這種將雙折射和應力測量有機統一的新型裝置可在光學系統、材料性能、實驗力學、工業生產中具有廣泛的應用前景。附圖說明圖1為本專利技術第一實施例提供的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀的結構示意圖。圖2為本專利技術第二實施例提供的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀的結構示意圖。主要元件符號說明權利要求1.一種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，包括: 一泵浦激光器； 一固體激光器，所述固體激光器接收所述泵浦激光器輸出的激光，所述固體激光器包括一反射腔鏡、一固體激光增益介質以及一出射腔鏡依次間隔設置形成所述固體激光器的諧振腔，所述固體激光增益介質與所述出射腔鏡之間設置待測樣品，所述待測樣品設置在所述諧振腔內激光的光路上； 一偏振片，所述偏振片接收所述固體激光器輸出的激光并在激光中形成拍頻信號； 一光電探測器，所述光電探測器探測所述拍頻信號并將所述拍頻信號轉換為電信號；以及 一信號處理系統，所述信號處理系統對所述電信號進行處理，得到所述待測樣品的光程延遲或位相延遲，并換算為所述待測樣品雙折射的大小。2.如權利要求1所述的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，其特征在于，所述待測樣品為一純材料的待測樣品。3.如權利要求1所述的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，其特征在于，包括一加力系統以及一加力傳感器，所述加力系統向所述待測樣品施加作用力，引起所述待測樣品內部產生應力變化，所述加力傳感器用于感測待測樣品某一位置所受力的大小，并將感測結果輸入所述信號處理系統。4.如權利要求3所述的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，其特征在于，進一步包括一分光鏡、一分光棱鏡、一第一光電探測器及一第二光電探測器； 所述分光鏡設置于所述偏振片與所述光電探測器之間，用以將從所述偏振片出射的激光分束，分解成兩束不同方向的第一束激光和第二束激光； 所述光電探測器用于接收第一束激光并轉化為電信號以計算待測樣品內部雙折射的大小； 所述分光棱鏡用于接收第二束激光并再次分成兩個正交偏振的分量； 所述第一光電探測器及第二光電探測器分別接收所述兩個正交偏振的分量，并轉換為電信號輸入信號處理系統，得到所述待測樣品內部主應力的方向。5.如權利要求4所述的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀及，其特征在于，所述偏振片的透光方向沿所述固體激光器輸出激光正交偏振方向夾角的平分線。6.如權利要求4所述的的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，其特征在于，所述分光棱鏡將偏振片輸出的激光分成兩束相互垂直的第一束激光和第二束激光。7.一種應用如權利要求1所述的基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀測量透明介質應力和雙折射的測量方法，包括以下步驟: 驅動泵浦激光器輸出激入射到所述固體激光器，并使固體激光器輸出激光； 將所述待測樣品設置于固體激光增益介質與所述輸出腔鏡之間，并設置于所述諧振腔內部激光的光路上；以及 改變所述諧振腔內部的激光在待測樣品表面的入射點，對所述待測樣品表面進行掃描，得到所述待測樣品不同位置處雙折射的大小。8.如權利要求7所述的應力和雙折射的測量方法，其特征在于，進一步包括以下步驟: 通過加力系統對所述待測樣品施加一作用力，并使待測樣品內部產生應力；通過加力傳感器探測所述作用力的大小并將探測結果輸入信號處理系統； 通過分光鏡將從偏振片輸出的激光分為兩束不同方向傳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電探測器，所述光電探測器將所述第一束激光轉換為電信號輸入信號處理系統，得到所述應力的大小； 通過分光棱鏡接收所述第二束激光，并將所述第二束激光分成兩個正交偏振的分量；以及 通過第一光電探測器及第二光電探測器分別接受兩個正交偏振的分量，并轉換為電信號輸入所述信號處理系統，得到所述待測樣品內部應力的方向。9.如權利要求8所述的應力和雙折射的測量方法，其特征在于，通過驅動所述待測樣品，使諧振腔內激光對待測樣品表面進行掃描，得到待測樣品表面不同位置處的應力大小及方向，得到所述應力的分布。10.如權利要求7所述的應力和雙折射的測量方法，其特征在于，所述待測樣品雙折射的大小通過以下方程計算:全文摘要本專利技術提供一種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，包括一泵浦激光器；一固體激光器接收所述泵浦激光器輸出的激光，所述固體激光器包括一反射腔鏡、一固體激光增益介質以及一出射腔鏡依次間隔設置形成所述固體激光器的諧振腔，所述固體激光增益介質與所述出射腔鏡之間用以承載待測樣品；一偏振片接收所述固體激光器輸出的激光并在激光中形成拍頻信號；一光電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于正交偏振固體激光的應力和雙折射測量儀，包括：一泵浦激光器；一固體激光器，所述固體激光器接收所述泵浦激光器輸出的激光，所述固體激光器包括一反射腔鏡、一固體激光增益介質以及一出射腔鏡依次間隔設置形成所述固體激光器的諧振腔，所述固體激光增益介質與所述出射腔鏡之間設置待測樣品，所述待測樣品設置在所述諧振腔內激光的光路上；一偏振片，所述偏振片接收所述固體激光器輸出的激光并在激光中形成拍頻信號；一光電探測器，所述光電探測器探測所述拍頻信號并將所述拍頻信號轉換為電信號；以及一信號處理系統，所述信號處理系統對所述電信號進行處理，得到所述待測樣品的光程延遲或位相延遲，并換算為所述待測樣品雙折射的大小。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁金運，張書練，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：