[发明专利]一种基于光弹效应的弹性波探测平台

说明书

本发明公开了一种基于光弹效应的弹性波探测平台，所述平台包括弹性波发生单元与光学椭圆偏振测量单元，其中：弹性波发生单元由可调稳压源以及压电促动器构成；光学椭圆偏振测量单元由He‑Ne激光器光源、分光镜、起偏器、弹光取样传感器、四分之一波片、沃拉斯顿棱镜、光电平衡探测器、光学斩波器、锁相放大器、示波器构成。本平台特征在于使用压电促动器产生的各类不同弹性波作用于自主研发的弹光取样传感器，在弹性波作用下，传感器发生光弹效应，结合椭圆偏振测量原理，通过弹光取样技术完成对弹性波的探测。本方法在保证精度、稳定性及成本相互平衡的基础之上，不仅能实现对各类弹性波的探测捕捉，而且对测试环境没有任何特殊的限制和要求，并具有较大的延伸创造空间，可以方便地与其它测试方法相结合，为获取更多弹性波特征信息提供可能。

技术领域

本发明属于技术测量领域，具体是一种基于光弹效应的弹性波探测技术。

背景技术

恒定条件无外界因素作用时，非晶体透明材料光学性能稳定且各向同性而不产生光弹效应，光在其内部传输路径由其自身折射率确定，偏振光通过时不会发生改变。当有外力作用施加于光学材料且不会对材料产生破坏作用时，弹性形变将导致其由各向同性转变为各向异性，偏振光通过时偏振状态将发生改变。

目前，现有的弹性波激励测量平台构建方案中存在精度、稳定性与成本无法互相平衡的问题，精度及稳定性的提高常常将导致成本的大幅增加。光学测量手段的引入在保证高精度同时为成本的减少提供了可能，即可凭借对光弹效应的研究与应用，对弹性波激励的测量方法提出相关改进手段。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题与缺陷，本发明的目的是提供一种基于光弹效应的弹性波探测平台的构建方法，以压电促动器所产生的各类不同弹性波模拟外界激励，以弹光取样技术完成对弹性波激励的探测与处理，同时，参考光路与探测光路的分离设计减少了由于激光器波动以及光电平衡探测器中二极管温差所带来的误差，提高了测量的精确度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光弹效应的弹性波探测平台，包括弹性波发生单元与光学椭圆偏振测量单元，其中：所述弹性波发生单元由可调稳压源（1）以及压电促动器（2）构成；所述光学椭圆偏振测量单元由He-Ne激光器光源（3）、光学斩波器（4）、起偏器（5）、弹光取样传感器（6）、四分之一波片（7）、沃拉斯顿棱镜（8）、光电平衡探测器（9）、锁相放大器（10）以及示波器（11）构成。

所述基于光弹效应的弹性波探测平台测量原理为：控制可调稳压源（1）输出电压幅值、频率及波形，使基于逆压电效应工作的压电促动器（2）施加相应弹性波于弹光取样传感器（6）上；He-Ne激光器光源（3）所发出He-Ne激光首先经由光学斩波器（4）调制采样，所采集调制信号作为参考信号输入锁相放大器（10），后经起偏器（5）由自然光转变为线偏振光后，照射至弹光取样传感器（6）；由于光弹效应的存在，探测激光入射弹光取样传感器（6）后偏振态随之发生改变，并经由四分之一波片（7）由线偏振转化为椭圆偏振态，再经由沃拉斯顿棱镜（8）分为两束彼此分开的、振动方向互相垂直的线偏振光透射到光电平衡探测器（9），光电平衡探测器（9）检测两束偏振光光强之差并将其转换为电信号作为测量信号输入锁相放大器（10）与光学斩波器（4）所输入参考信号比较，经降噪放大处理后由示波器（11）显示。

所述弹光取样传感器（6）为双层复合结构，自上而下由改性高折射率聚酰亚胺薄膜与复合金属电介质反射膜构成，其具体制作方法如下：

步骤一、将4,4-二氨基二苯醚单体以及均苯四甲酸二酐成单体按比例分次溶入二甲基乙酰胺溶液中，在氮气环境下多次使用滤纸过滤，充分去除未溶解的固体材料，获得改性聚酰亚胺酸并在氮气环境下密封保存；

步骤二、将TiO₂溶胶按照比例充分掺入SiO₂溶胶中，采用sol-gel法制备复合金属电介质溶胶，并交替多次镀膜，进一步改善其光学性能，获得复合金属电介质反射膜；