一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于高速测温技术领域，公开了一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置及方法。本发明专利技术通过标定获得观测的透光物体的透射率和温度之间函数关系，通过飞秒激光器产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲，在第一显微物镜的出射光路上对到达观测对象前的入射脉冲的功率进行测量得到入射功率，对经过观测对象后的透射脉冲的功率进行测量得到接收功率，基于入射功率和接收功率得到观测对象的实时透射率，结合标定得到的函数关系和实时透射率得到观测对象的实时温度分布信息。本发明专利技术装置结构简单，操作方便，能够以高于106Hz的采样速率获取透光物体的瞬时温度分布。取透光物体的瞬时温度分布。取透光物体的瞬时温度分布。

【技术实现步骤摘要】
一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置及方法


[0001]本专利技术属于高速测温
，更具体地，涉及一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置及方法。

技术介绍

[0002]温度是表示物质冷热程度的物理量，微观上是物质分子热运动的剧烈程度，影响着物体的某些宏观物理与化学性质，因此，及时获取物体的温度对于物体的研究过程十分重要。常规的测温方法主要测的是一个相对较长的变化时间内的物体的平均温度，在某些领域，则要求需要获取一个瞬态温度，目前瞬态的测温方法主要分为接触式测温和非接触式测温。接触式测温是通过温度敏感元件和被测物体之间的热平衡实现测温。以最传统的热电偶测温为例，通过将温度信号转为电信号实现测温，能够实现较高的准确性和较大的测量范围，特殊场景下，热电偶的响应时间可以达到毫秒级，但是在温度剧烈变化过程中，无法满足瞬态的测温要求，并且接触时测温都会破坏温度场的完整性。非接触式测温一般基于物质的红外辐射特性来实现测温或者通过测量介质的热学特性来间接反映温度。该类测温方法的特点是无需与被测物体进行接触，不会破坏被测物体的温度场，但是测量的精度不及接触式测温方法，其中相关测温方法的温度响应时间也可以达到毫秒级。通过测量介质来间接测量温度方法可以实现瞬态测温过程。例如可以基于磁学特性的温度效应来实现测温过程，磁学温度测量能够实现非接触式测量外部磁场的强度和方向，基于磁纳米粒子具有的温度敏感特性，从而反推出粒子所处的环境温度，能够实现较高的精度，但是测量频率不够高。如何实现更高数量级的测温速率是本领域需要解决的一个问题。r/>
技术实现思路

[0003]本专利技术通过提供一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置及方法，解决现有技术中非接触式测温的测温速率较低的问题。
[0004]本专利技术提供一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，包括：飞秒激光器、时域拉伸组件、空间分散组件、第一显微物镜、第二显微物镜、MHz级及以上高速自由空间光电探测器、MHz级及以上高速示波器、计算机；
[0005]所述飞秒激光器用于产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲；
[0006]所述时域拉伸组件与所述飞秒激光器相连，用于对所述飞秒脉冲进行时域拉伸；
[0007]所述空间分散组件设置在所述时域拉伸组件的出射光路上，用于对脉冲进行色散；
[0008]所述第一显微物镜设置在所述空间分散组件的出射光路上，用于将脉冲聚焦到作为观测对象的透明物体上，脉冲经过所述观测对象发生透射；
[0009]所述第二显微物镜用于收集透射脉冲；
[0010]所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器设置在所述第二显微物镜的出射光路上，用于将光脉冲信号转换为模拟电信号；
[0011]所述MHz级及以上高速示波器与所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器相连，用于基于所述模拟电信号得到接收功率；
[0012]所述计算机与所述MHz级及以上高速示波器相连，所述计算机用于根据预先获取的入射功率和所述接收功率计算得到所述观测对象的实时透射率；所述计算机用于结合预先获取的第一函数关系和所述实时透射率得到所述观测对象的实时温度分布信息；
[0013]其中，所述第一函数关系为在所述第一波长下，所述观测对象的透射率和温度之间的函数关系。
[0014]优选的，所述基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置还包括：光功率计；在实时温度测试开始之前，将所述光功率计放置在所述第一显微物镜与所述观测对象之间，通过所述飞秒激光器产生所述第一功率、所述第一波长的飞秒脉冲，通过所述光功率计获得所述入射功率；在实时温度测试开始之后，将所述光功率计移出光路。
[0015]优选的，所述基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置还包括：温度调控装置；所述温度调控装置用于在获得所述第一函数关系的过程中对所述观测对象的温度进行调控。
[0016]优选的，所述空间分散组件采用衍射光栅；所述衍射光栅用于将脉冲色散为一维空间脉冲。
[0017]优选的，所述空间分散组件采用声光偏转器和衍射光栅的组合；所述声光偏转器用于改变内部驱动频率、改变脉冲的传播方向，从而实现后续一维飞秒激光在所述观测对象上的二维扫描；所述衍射光栅用于将脉冲色散为一维空间脉冲。
[0018]优选的，所述基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置还包括：准直器；所述准直器与所述时域拉伸组件相连，所述准直器用于将脉冲以特定角度、以空间光的形式入射至所述空间分散组件。
[0019]优选的，所述基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置还包括：第一透镜组合和第二透镜组合；
[0020]所述第一透镜组合设置在所述空间分散组件与所述第一显微物镜之间，所述第一透镜组合用于调节脉冲光斑的大小、调节脉冲入射至所述第一显微物镜的角度；
[0021]所述第二透镜组合设置在所述第二显微物镜与所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器之间，所述第二透镜组合用于将所述透射脉冲汇聚至所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器。
[0022]另一方面，本专利技术提供一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温方法，采用上述的基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置实现，方法包括以下步骤：
[0023]获取第一函数关系，并存储至计算机中；
[0024]通过飞秒激光器产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲，在第一显微物镜的出射光路上对到达观测对象前的入射脉冲的功率进行测量，得到入射功率；
[0025]通过飞秒激光器产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲，对经过所述观测对象后的透射脉冲的功率进行测量，得到接收功率；
[0026]计算机基于所述入射功率和所述接收功率得到所述观测对象的实时透射率；所述计算机结合所述第一函数关系和所述实时透射率得到所述观测对象的实时温度分布信息。
[0027]优选的，采用衍射光栅作为空间分散组件，通过所述衍射光栅将脉冲色散为一维空间脉冲，实现观测对象的一维线区域的超快测温；或者，采用声光偏转器和衍射光栅的组
合作为空间分散组件，通过声光偏转器改变内部驱动频率、改变空间脉冲的传播方向，从而实现后续一维飞秒激光在透光物体上的二维扫描；通过衍射光栅将脉冲色散为一维空间脉冲；实现观测对象的二维面区域的超快测温。
[0028]优选的，将空间分散组件移出光路，实现观测对象的点区域的超快测温。
[0029]本专利技术中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0030]在本专利技术中，通过标定获得观测的透光物体的透射率和温度之间函数关系；通过飞秒激光器产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲，飞秒脉冲通过时域拉伸组件、空间分散组件等多个光学装置后经第一显微物镜出射，在第一显微物镜的出射光路上对到达观测对象前的入射脉冲的功率进行测量得到入射功率；保持飞秒激光器的功率和波长不变，飞秒脉冲通过时域拉伸组件、空间分散组件等多个光学装置后经第一显微物镜出射并聚焦到透光的观测对象上，脉冲经过观测对象发生透射，通过第二显微物镜收集透射脉冲并聚焦到MHz级及以上高速自由本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，其特征在于，包括：飞秒激光器、时域拉伸组件、空间分散组件、第一显微物镜、第二显微物镜、MHz级及以上高速自由空间光电探测器、MHz级及以上高速示波器、计算机；所述飞秒激光器用于产生第一功率、第一波长的飞秒脉冲；所述时域拉伸组件与所述飞秒激光器相连，用于对所述飞秒脉冲进行时域拉伸；所述空间分散组件设置在所述时域拉伸组件的出射光路上，用于对脉冲进行色散；所述第一显微物镜设置在所述空间分散组件的出射光路上，用于将脉冲聚焦到作为观测对象的透明物体上，脉冲经过所述观测对象发生透射；所述第二显微物镜用于收集透射脉冲；所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器设置在所述第二显微物镜的出射光路上，用于将光脉冲信号转换为模拟电信号；所述MHz级及以上高速示波器与所述MHz级及以上高速自由空间光电探测器相连，用于基于所述模拟电信号得到接收功率；所述计算机与所述MHz级及以上高速示波器相连，所述计算机用于根据预先获取的入射功率和所述接收功率计算得到所述观测对象的实时透射率；所述计算机用于结合预先获取的第一函数关系和所述实时透射率得到所述观测对象的实时温度分布信息；其中，所述第一函数关系为在所述第一波长下，所述观测对象的透射率和温度之间的函数关系。2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，其特征在于，还包括：光功率计；在实时温度测试开始之前，将所述光功率计放置在所述第一显微物镜与所述观测对象之间，通过所述飞秒激光器产生所述第一功率、所述第一波长的飞秒脉冲，通过所述光功率计获得所述入射功率；在实时温度测试开始之后，将所述光功率计移出光路。3.根据权利要求1所述的基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，其特征在于，还包括：温度调控装置；所述温度调控装置用于在获得所述第一函数关系的过程中对所述观测对象的温度进行调控。4.根据权利要求1所述的基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，其特征在于，所述空间分散组件采用衍射光栅；所述衍射光栅用于将脉冲色散为一维空间脉冲。5.根据权利要求1所述的基于飞秒激光对透光物体的超快测温装置，其特征在于，所述空间分散组件采用声光偏转器和衍射光栅的组合；所述声光偏转器用于改变内部驱动频率、改变脉冲的传...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志文，李煜，雷诚，翁跃云，刘胜，刘俐，刘国友，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：