[发明专利]基于时间相关单光子计数技术的半透明材料辐射物性测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料物性测量技术领域。

背景技术

半透明材料的辐射物性参数是对辐射传输过程进行分析、设计和优化的基础，对材料物性的准确测量具有很关键的意义。在很多情况下，辐射物性参数不能够直接测量，传统的直接测量方法得到的大多是测量试件的等效物性，而非材料的真实物性，实验结果的用途有限，精确的测量通常需要通过反演的方法得到，即通过测量边界上的透射或者反射信号来反演介质内部的辐射物性参数。

在利用反演的方法测量半透明介质的辐射物性的方法中，相对于稳态测量来说，非稳态测量由于能够提供较多的介质信息，具有很高的信噪比、灵敏度以及时间分辨率，在半透明介质物性测量中具有广阔的应用前景。由于强光可能会对样品产生破坏，并且考虑到实验人员的操作安全性，在很多的实验中尽可能的使用弱激光光源，很多情况下需要使用光电流强度比室温下的热噪声水平还要低的光源。

发明内容

本发明是为了解决传统辐射物性参数的测量物件测量过程中存在信噪比低、动态范围小的问题，从而提供了一种基于时间相关单光子计数技术的半透明材料辐射物性测量方法。

基于时间相关单光子计数技术的半透明材料辐射物性测量方法，该方法通过以下装置实现，所述装置包括皮秒激光触发器1、激光头2、光纤耦合器3、光路准直系统4、雪崩光电二极管5、信号反转器6、脉宽整形器7、时间相关单光子计数模块8和个人电脑9；皮秒激光触发器1的一端通过电缆与脉宽整形器7的一端连接，皮秒激光触发器1的另一端通过电缆与激光头2的一端连接，光纤耦合器3设置在激光头2的另一端上，光纤耦合器3的输出端口通过光纤与光路准直系统4的入射端连接，光路准直系统4的出射端通过光纤与雪崩光电二极管5的一端连接，雪崩光电二极管5的另一端通过电缆与信号反转器6的一端连接，信号反转器6的另一端与时间相关单光子计数模块8的START端口连接，脉宽整形器7的另一端与时间相关单光子计数模块8的SYNC端口连接，时间相关单光子计数模块8设置在个人电脑9的内部；

所述方法包括以下步骤：

步骤一、将皮秒激光触发器1、雪崩光电二极管5和时间相关单光子计数模块8通电预热半个小时以上，然后打开皮秒激光触发器1，选择一个重复频率，让激光头2输出脉冲激光；

步骤二、将试件放置在光路准直系统4的夹具上，调整皮秒激光触发器1的输出功率，当时间相关单光子计数模块8上显示的计数率在激光重复频率的1/100，记录测量得到的时间扩展曲线和相应的测点位置；

步骤三、保持激光的重复频率和输出功率不变，对接光源光纤和探测光纤，测量得到脉冲激光的系统响应函数和时间延迟，利用测量得到的时间延迟对步骤二中测量得到的时间扩展曲线进行时间校正，并对时间扩展曲线进行归一化，得到试件表面的半球透射或者反射信号，将该反射信号作为半透明材料辐射物性，完成对半透明材料辐射物性的测量。

本发明的有益效果是：本发明可以同时测量多个辐射物性，稳定性同比提高了20％，可用于航空航天、生物医疗、燃烧诊断、光学探测及无损探伤等工程领域。时间相关单光子计数技术是一种具有高时间分辨率可用于极微弱光信号探测的技术，单光子计数器具有受探测器不稳定因素的影响小、信噪比高、动态范围宽、设备便宜以及可以输出数字信号便于数据处理等优点。

附图说明

图1为基于时间相关单光子计数技术的半透明材料辐射物性测量方法的装置部分的结构示意图，其中虚线表示电缆，实线表示光纤。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于时间相关单光子计数技术的半透明材料辐射物性测量方法，该方法通过以下装置实现，所述装置包括皮秒激光触发器1、激光头2、光纤耦合器3、光路准直系统4、雪崩光电二极管5、信号反转器6、脉宽整形器7、时间相关单光子计数模块8和个人电脑9；皮秒激光触发器1的一端通过电缆与脉宽整形器7的一端连接，皮秒激光触发器1的另一端通过电缆与激光头2的一端连接，光纤耦合器3设置在激光头2的另一端上，光纤耦合器3的输出端口通过光纤与光路准直系统4的入射端连接，光路准直系统4的出射端通过光纤与雪崩光电二极管5的一端连接，雪崩光电二极管5的另一端通过电缆与信号反转器6的一端连接，信号反转器6的另一端与时间相关单光子计数模块8的START端口连接，脉宽整形器7的另一端与时间相关单光子计数模块8的SYNC端口连接，时间相关单光子计数模块8设置在个人电脑9的内部；

所述方法包括以下步骤：