【技術實現步驟摘要】
(一)本專利技術提出一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，屬于光學測量。該方法利用高精度熱電探測器測量入射激光功率，利用微弱光探測器-光電倍增管測量散射光功率，用入射激光功率，修正散射光功率。解決弱光探測設備中的光電倍增管的響應曲線非線性的問題，降低系統誤差，提高測量的精度，更好地在廣泛的輸入信號范圍內使用測量設備。
技術介紹
0、(二)
技術介紹
1、微弱光探測器專門用于探測極低強度的光信號，如瑞利散射。瑞利散射(rayleighscattering)是一種彈性光散射現象，當光與比其波長更小的粒子(如氣體分子或微粒)相互作用時產生。散射光的強度與入射光的波長、粒子的濃度及溫度有關能夠捕捉單光子甚至低于人眼能見的光子流強度，典型的例如光電倍增管能通過光電效應將入射光子轉化為電子，入射光子撞擊到光電陰極上，釋放出初始電子，隨后通過二次電子倍增器放大電子數，輸出一個較強的電信號。非線性測量是指在測量過程中，系統的輸出信號與輸入信號之間的關系不是線性的，而是呈現出某種非線性關系。這意味著輸出值不會隨著輸入值成比例變化，而是通過更復雜的方式(如多項式、指數或對數關系)來描述兩者的對應關系。本專利技術采用入射光功率修正散射光功率的方法，解決光電倍增管在探測瑞麗散射信號時的非線性問題。實驗開始前還用鉑電阻檢測了環境溫度，保證環境穩定性，提高修正精度。
技術實現思路
0、(三)
技術實現思路
1、針對傳統的微弱光信號探測的非線性問題，本專利技術提出了一種基
2、該系統由激光器、斬波器、光闌、套筒、半波片、高功率激光偏振分光棱鏡、暗室、功率計及探頭、凸透鏡、濾光片、光電倍增管、采集系統、上位機、數字多用表、四線制鉑電阻組成；實驗前先用鉑電阻配合數字多用表測量瑞利散射探測區域的溫度穩定性。然后高功率連續激光器發射出532nm的光信號，經由斬波器調制后，變成有固定頻率的間歇性脈沖信號，經由光闌和套筒，控制激光透過的大小，激光到達半波片和高功率激光偏振分光棱鏡的時候，分成p偏振和s偏振光，p偏振光被反射，s偏振光透射而出，隨同軸光路一起到達瑞麗散射探測區域，散射光用于瑞麗散射信號的探測和采集，其余光隨主光軸進入功率計，采集功率大小。在瑞利散射探測部分，前方先有一個凸透鏡，將散射光匯聚到光電倍增管的接收面上，兩者之間的距離為凸透鏡的焦距，使得散射信號最大限度的被探測到；凸透鏡后有一個532nm的濾光片，濾除了其他波段的雜散光，凸透鏡，濾光片和光電倍增管通過套筒連接在同軸系統中，保證了同軸的同時，還阻擋了其他方向的能進入光電倍增管的光，探測光路形成暗室，信號接收以后傳至上位機，進行信號的采集和解調；在功率計測量部分，經過瑞利散射探測區域后的同軸光路，再由光闌和套筒束光后進入功率計的探頭，最后用上位機采集功率計的數值。功率計和光電倍增管的探測同時進行，采集完以后畫圖散點圖，擬合進行測量修正。具體測量步驟如下：
3、步驟一：一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于，利用鉑電阻測量瑞利散射探測區域前的室溫，每隔一分鐘記錄一次數字多用表的讀數，通過查找鉑電阻分度表，將電阻值轉換成溫度值，記錄溫度變化。
4、步驟二：一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于利用功率計采集入射光功率大小。同軸光束經過瑞利散射探測區域后，經由光闌和套筒合束后，被熱探頭接收信號，再由電腦采集數據，不同激光功率下進行多組測量獲得i1、i2、…、ii、…、in，并以一組，數據為例考察信號穩定性
5、步驟三：一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于，利用半波片，分光棱鏡，光闌和套筒等構建同軸光路，便于功率計探頭的接收，用于非線性修正。首先啟動激光器進行預熱，預熱完畢后開啟激光，發出連續激光，經由光闌和套筒形成合束的同軸光路，其中加上半波片和高功率激光偏振分光棱鏡，半波片通過給偏振光引入相位延遲，改變光的偏振方向，偏振分光棱鏡把光束分為s偏振光和p偏振光，p偏振光被反射，s偏振光透射而過，兩個光學元件結合能對偏振光方向進行調整，旋轉半波片能夠實現，最終使得s光處于同軸方向，瑞利散射信號接收方向能得到最大值。光路到達瑞利散射的測量區域，散射光通過凸透鏡和濾光片匯聚到光電倍增管的信號接收截面上，排除了其他波段的雜散光的影響。確保了信號測量的準確性，根據式不同激光功率下測量光電倍增管接收到的信號r1、r2、…、ri、…、rn并以其中一個功率為例考察信號的穩定性，由式r＝ai對瑞利散射測量信號修正。
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1.一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，該系統由激光光源、光學斬波器、光闌、半波片、高功率激光偏振分光棱鏡、暗室、功率計及探頭、凸透鏡、濾光片、光電倍增管、采集系統、上位機、四線制鉑電阻和數字多用表組成；采用連續激光器作為光源，光波長為532nm，激光發出的光經由斬波器調制成間歇性脈沖信號，調制后的激光通過套筒、光闌等物件進行束光，減少了激光的反射，同時也對光學系統中的雜散光起到了抑制作用，調制后的激光經過半波片與高功率偏振分光棱鏡的分光，S偏振光透射，P偏振光被反射，透射而出的S偏振光經過光闌、套筒等器材的再次束光后照射到功率計探頭的接收面上，此時的功率計上實時顯示出所接收到的激光功率；垂直于入射光方向是瑞麗散射信號的接收位置，瑞利散射信號接收裝置由套筒、光闌、透鏡、濾光片以及光電倍增管組成。光電倍增管前的套筒與光闌等器件對環境中的雜散光進行了屏蔽，距離光電倍增管耙面前方有一個凸透鏡對垂直于光路方向上接收到的散射光進行了匯聚，透鏡后方有濾光片對散射光進行過濾；采集系統使用的是采集卡，采樣頻率為204.8Hz，利用Labview程序實現對瑞利散射信號的采集，
2.按照權利要求1所述的一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于，周圍環境溫度的穩定性，非線性測量實驗開始前利用標準鉑電阻測量室溫，記錄此時數字多用表的讀數并與標準鉑電阻的分度表進行對照，得到此時的室溫值，實驗時將鉑電阻探頭最前端置于信號接收器前方的空氣中，測量實驗過程中溫度的變化值，每隔一分鐘記錄一下數字多用表的讀數。
3.按照權利要求1所述的一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于入射光功率的監測，主要采用功率計連接上位機實現功率的監測和采集，為了在獲得穩定入射光的同時還能采集到較大的瑞麗散射信號值，利用半波片和分光棱鏡的組合，使得S光透射而出，P光被反射；加上光闌和套筒的限制，讓光沿主軸傳播，最后被熱探頭接收信號，將入射激光功率分別設置為n組，獲得I1、I2、…、Ii、…、In。
4.按照權利要求1所述的一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，其特征在于，測量與修正光電倍增管測量的散射光功率值；瑞利散射是分子對入射光的彈性散射，分子內能不發生變化，瑞利散射光譜的中心波長與入射波長相同，能夠表示為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于瑞利散射的微弱光探測器非線性測量及修正方法與系統，該系統由激光光源、光學斬波器、光闌、半波片、高功率激光偏振分光棱鏡、暗室、功率計及探頭、凸透鏡、濾光片、光電倍增管、采集系統、上位機、四線制鉑電阻和數字多用表組成；采用連續激光器作為光源，光波長為532nm，激光發出的光經由斬波器調制成間歇性脈沖信號，調制后的激光通過套筒、光闌等物件進行束光，減少了激光的反射，同時也對光學系統中的雜散光起到了抑制作用，調制后的激光經過半波片與高功率偏振分光棱鏡的分光，s偏振光透射，p偏振光被反射，透射而出的s偏振光經過光闌、套筒等器材的再次束光后照射到功率計探頭的接收面上，此時的功率計上實時顯示出所接收到的激光功率；垂直于入射光方向是瑞麗散射信號的接收位置，瑞利散射信號接收裝置由套筒、光闌、透鏡、濾光片以及光電倍增管組成。光電倍增管前的套筒與光闌等器件對環境中的雜散光進行了屏蔽，距離光電倍增管耙面前方有一個凸透鏡對垂直于光路方向上接收到的散射光進行了匯聚，透鏡后方有濾光片對散射光進行過濾；采集系統使用的是采集卡，采樣頻率為204.8hz，利用labview程序實現對瑞利散射信號的采集，信號的采集采用的是雙通道模式，其中主要分析的是光電倍增管所接收到的信號值，將光電倍增管...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃昂，王景輝，楊雪，夏文濤，馬濤，
申請(專利權)人：中國計量科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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