一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置
阅读说明：本技术 一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置 (High-precision measuring device for bidirectional reflection distribution function of low-scattering coating ) 是由 霍熠炜 张玉涛 王彪 朱凌轩 高伟 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置,其包含：激光发射模块、光子模态探测接收模块、半球空间滑动测量系统；所述激光发射模块可产生两路激光光束,一路为探测光束,另一路为泵浦光束,分别通过两路不同的光纤通道传输给光子模态探测接收模块；所述半球空间滑动测量系统,其设置有低散射涂层平面,使探测光束产生半球空间的散射光束,采用不同类型的圆形轨道以实现低散射涂层半球空间双向反射分布函数的测量；所述光子模态探测接收模块包含：光子模态转换晶体,利用光子模态转换晶体滤除与泵浦光束不同的噪声光子,从根本上滤除噪声,提升测量精度。本发明具有测量精度高,测量速度快,准确率高,测试成本低等优势。(The invention provides a high-precision measuring device for a bidirectional reflection distribution function of a low-scattering coating, which comprises: the device comprises a laser emission module, a photon mode detection receiving module and a hemispherical space sliding measurement system; the laser emission module can generate two laser beams, one is a detection beam, and the other is a pumping beam, and the two laser beams are respectively transmitted to the photon mode detection receiving module through two different optical fiber channels; the hemispherical space sliding measurement system is provided with a low scattering coating plane, so that the detection light beam generates a scattering light beam in a hemispherical space, and different types of circular tracks are adopted to realize the measurement of a bidirectional reflection distribution function in the hemispherical space of the low scattering coating; the photon modal detection receiving module comprises: the photon mode conversion crystal is used for filtering noise photons different from the pumping light beams, so that noise is filtered fundamentally, and the measurement precision is improved. The invention has the advantages of high measurement precision, high measurement speed, high accuracy, low test cost and the like.)
技术领域
本发明涉及光学散射传输测试技术领域，特别涉及一种提升低散射涂层双向反射分布函数测量精度的测量装置。
背景技术
双向反射分布函数是用于描述目标物体表面的空间光反射特性。其用来描述物体表面的光反射特性具有唯一性的特点，它所确定的反射特性只取决于物体表面本身特性，表示不同入射条件下物体表面在任意观测角的反射特性。它主要由表面粗糙度、介电常数、辐射波长、偏振等因素决定。双向反射分布函数能够很好地将材料表面的反射和散射统一于同一概念中，可以描述表面的方向散射和辐射特性。
在现有的对涂层及目标的双向散射分布函数的测量研究中，如用特定激光波长的激光作为照射源，以聚四氟乙烯标准白板为参考标准，采用相对法测量不同红外发射率隐身涂层样品的双向反射分布函数，但并未开展低散射目标的测量方案的制定，也未对探测精度的提升提出相应的解决方案。另外，采用1064nm激光作为发射源，对不同颜色的迷彩涂层的双向反射分布函数进行测量，并对测量结果进行参数建模，但未对低散射涂层样片进行测量，采用的双向反射分布函数测量系统也与传统系统较为相似。
为了解决低散射涂层在进行双向反射分布函数测量时所面临的上述问题，提出一种运用光子模态选择技术接收低散射涂层的散射光，从而提升针对低散射涂层双向反射分布函数测量系统测量精度的测量装置。传统的测试方法通常对散射涂层的测量误差较大，只能测量散射光较强的目标涂层，并且也未从改进探测端的角度出发对双向反射分布函数的探测精度进行优化。如现有技术提出一种测量表面的空间欠采样双向反射分布函数的设备，该设备采用三个传感器接收不同方向反射的光，从而表征目标表面的第一外观属性，但该系统不能实现对低散射目标的散射光的高精度探测，若散射光较弱，未达到探测器的灵敏度，将无法探测；另外，现有技术中提出一种采用高光谱成像仪对无人机的双向反射分布函数数据进行采集的系统，将高光谱成像仪作为探测端进行测量获取目标的高光谱数据，但对于低散射无人机的测量方法是否适用，并未提及也未采取对测量数据的精度提升措施。同时，现有技术通常采用传统的激光光源或者自然光作为入射光，采用传统的光电探测器，或者高光谱成像仪作为接收端接收反射信号。若采用现有技术进行地散射涂层双向反射分布函数的测量，那么接收端获得的信号非常弱，信噪比较差，这样会极大的影响双向反射分布函数测量数据的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置，以解决现有技术中的双向反射分布函数测量系统所不具备的对低散射涂层的高精度测量能力。
为实现上述目的，本发明提供一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置，其包含：激光发射模块、光子模态探测接收模块、半球空间滑动测量系统；所述激光发射模块产生两路激光光束，一路为探测光束，另一路为泵浦光束，分别通过探测光束传输通道和泵浦光束传输通道传输给光子模态探测接收模块；所述半球空间滑动测量系统，其设置有低散射涂层平面，使探测光束产生半球空间的散射光束，并采用不同类型的圆形轨道用于放置激光发射模块和光子模态探测接收模块，以实现低散射涂层半球空间双向反射分布函数的测量；所述光子模态探测接收模块包含：光子模态转换晶体，利用光子模态转换晶体滤除散射光束中与泵浦光束不同的噪声光子，从根本上滤除噪声，提升测量精度。
其中，所述激光发射模块包括：MLL，其用于产生所需波段的光源；50-50光纤分束器，其与MLL连接，能够将MLL发射的激光分成两束，一束为探测光束，另一束为泵浦光束。
其中，所述探测光束传输通道包括：含偏振片的光纤-自由空间准直仪，其一端与50-50光纤分束器分出的探测光束通过光纤连接，另一端设置有偏振片，所述光纤-自由空间准直仪能够将光纤内的探测光束准直后入射到低散射涂层平面；抗反射涂层非球面准直透镜，其用于接收经低散射涂层平面散射的散射光束，使光子模态探测接收模块内的非聂耳反射降到最小；角抛光光纤连接器，其与抗反射涂层非球面准直透镜连接，用于传输散射光束。
其中，所述泵浦光束传输通道包括ODL，其与50-50光纤分束器分出的泵浦光束通过光纤连接，用于接收泵浦光束以及调整泵浦光束的时间延迟，保证散射光束及泵浦光束的光程一致性。
其中，所述光子模态探测接收模块包括：光纤耦合连接器，分别与角抛光光纤连接器和ODL通过光纤连接，用于连接散射光束和泵浦光束；模态转换晶体，其用于选择与泵浦光束中的泵浦光子模态相同的散射光束中的散射光子，改变散射光束的频率模式，将噪声模态光子与散射光子的模态进行区分；散射光滤波器，与模态转换晶体通过光纤连接，用于进一步处理散射光子的模态；InGaAS光电探测器，其用于将经散射光滤波器模态转换后的散射光子进行信号处理，获得最终的散射光信号。
优选地，所述光子模态转换晶体采用材质为LiNbO3的人工晶体制作，且在制作的过程中需要与相应激光探测波长的准相位匹配。
其中，所述散射光滤波器包括：二向色镜、短通滤波器和双光栅滤波器；所述二向色镜和所述短通滤波器将经过模态转换晶体模态转换后的散射光子与泵浦光子分离，以及滤除其它噪声模态光子；所述双光栅滤波器用于将被分离的散射光子引入，以及消除任何外带噪声模态光子。
其中，所述半球空间滑动测量系统包括：旋转支架，所述低散射涂层平面设置在该旋转支架上，用于产生半球空间的散射光束，进而可进行半球空间探测；四分之一圆形轨道，其上设置有可沿四分之一圆形轨道移动的含偏振片的光纤-自由空间准直仪，且四分之一圆形轨道固定连接于旋转支架上，从而可进行90度范围照射低散射涂层；圆形轨道，其上设置有一竖直立杆，可沿圆形轨道移动，且用于固定连接抗反射涂层非球面准直透镜，从而进行360度范围测量。
其中，所述MLL产生所需波段的光源，传输给50-50光纤分束器，经分束后得到一束探测光束和一束泵浦光束；探测光束通过光纤传输至含偏振片的光纤-自由空间准直仪，之后入射到低散射涂层平面上，探测光束经过低散射涂层平面散射后，散射光束入射至抗反射涂层非球面准直透镜，之后通过角抛光光纤连接器传输至光纤耦合连接器。
其中，所述泵浦光束通过光纤传输至ODL，经ODL调整时间延迟后，使散射光束和泵浦光束的光程保持一致，之后传输至光纤耦合连接器并与散射光束汇合，汇合后的光束经光子模态转换晶体滤除散射光束中与泵浦光束不同的噪声模态光子，之后将滤波后的散射光束传输给散射光滤波器，最后使用InGaAS光电探测器将经散射光滤波器模态转换后的散射光子进行信号处理，获得最终的散射光束信号。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置，具有如下有益效果：本发明采用光子模态选择技术，通过将泵浦光与散射光的光子模态进行匹配，滤除其它噪声光子，接收低散射涂层的散射光，从而提升针对低散射涂层双向反射分布函数测量系统测量精度，该方法具有测量精度高，测量速度快，准确率高，测试成本低等优势，克服了传统双向反射分布函数测量系统测试精度低，测量目标范围受限等劣势，提升了针对低散射涂层双向反射分布函数的测试精度。
附图说明
图1为本发明的一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图1，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置，如图1所示，该双向反射分布函数高精度测量装置包括：激光发射模块、光子模态探测接收模块、半球空间滑动测量系统；其中所述激光发射模块可产生两路激光光束，一路为探测光束，另一路为泵浦光束，分别通过探测光束传输通道和泵浦光束传输通道传输给光子模态探测接收模块；所述半球空间滑动测量系统，其设置有低散射涂层平面14，采用不同类型的圆形轨道用于放置激光发射模块和光子模态探测接收模块，以实现低散射涂层半球空间双向反射分布函数的测量；所述光子模态探测接收模块包含：光子模态转换晶体8，利用光子模态转换晶体8滤除散射光束中与泵浦光束不同的噪声模态光子，从根本上滤除噪声，提升测量精度。
其中，所述激光发射模块包括：MLL(飞秒锁模激光器)1，其可产生波段为1550nm的光源；50-50光纤分束器2，其与MLL1连接，能够将MLL1发射的激光分成两束，一束为探测光束，另一束为泵浦光束，并使用光纤进行传输；具体地，探测光束用于照射在设置半球空间滑动测量系统中的低散射涂层平面14上，使探测光束产生半球空间的散射光束。
其中，所述探测光束传输通道包括：含偏振片的光纤-自由空间准直仪3，其一端与50-50光纤分束器2分出的探测光束通过光纤连接，另一端设置有偏振片，所述光纤-自由空间准直仪3能够将光纤内的探测光束准直后入射到低散射涂层平面14；抗反射涂层非球面准直透镜4，其用于接收经低散射涂层平面14散射的散射光束，使光子模态探测接收模块内的非聂耳反射降到最小；角抛光光纤连接器5，其与抗反射涂层非球面准直透镜4连接，用于传输散射光束；本发明选用含偏振片的光纤-自由空间准直仪3，能够改变入射光源的偏振态，提高测量精度。
其中，所述泵浦光束传输通道包括：ODL(光学延迟系统)6，其与50-50光纤分束器2分出的泵浦光束通过光纤连接，用于接收泵浦光束以及调整泵浦光束的时间延迟，保证散射光束及泵浦光束的光程一致性，使泵浦光束和散射光束同时到达光纤耦合连接器7。
其中，所述光子模态探测接收模块包括：光纤耦合连接器7，分别与角抛光光纤连接器5和ODL6通过光纤连接，用于连接散射光束和泵浦光束；模态转换晶体8，其用于选择与泵浦光束中的光子(泵浦光子)模态相同的散射光束中的光子(散射光子)，改变散射光束的频率模式，噪声光子的模态与泵浦光、散射光的模态是完全不同的，将噪声光子与散射光子的模态进行区分；散射光滤波器9，与模态转换晶体8通过光纤连接，用于进一步处理散射光子的模态；InGaAS光电探测器10，其用于将经散射光滤波器9模态转换后的散射光子进行信号处理，获得最终的散射光信号。
优选地，光子模态转换晶体8采用材质为LiNbO3的人工晶体制作，且在制作的过程中需要与相应激光探测波长的准相位匹配。
具体地，散射光滤波器9包括：二向色镜、短通滤波器和双光栅滤波器；其中，二向色镜和短通滤波器将经过模态转换晶体8模态转换后的散射光子与泵浦光子分离，以及滤除其它噪声模态光子；双光栅滤波器用于将被分离的散射光子引入，从而消除任何外带噪声模态光子，保证传输至InGaAS光电探测器10的散射光子不包含任何外带噪声模态光子。
半球空间滑动测量系统包括：旋转支架13，所述低散射涂层平面(14)设置在该旋转支架13上，用于产生半球空间的散射光束，进而可进行半球空间探测；四分之一圆形轨道12，其上设置有含偏振片的光纤-自由空间准直仪3，含偏振片的光纤-自由空间准直仪3可沿四分之一圆形轨道12滑动，从而可进行90度范围照射低散射涂层平面14，且四分之一圆形轨道12固定连接于旋转支架13上；圆形轨道11，其上设置有一竖直立杆，用于固定连接抗反射涂层非球面准直透镜4，立杆可沿圆形轨道11滑动，进而带动抗反射涂层非球面准直透镜4进行360度范围测量。
需要说明的是，本发明的低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置在使用时，MLL1产生1550nm的光源，经50-50光纤分束器2分束后得到一束探测光束和一束泵浦光束；探测光束通过光纤传输至含偏振片的光纤-自由空间准直仪3，之后入射到低散射涂层平面14上，探测光束经过低散射涂层平面14散射后，散射光束入射至抗反射涂层非球面准直透镜4，之后通过角抛光光纤连接器5传输至光纤耦合连接器7；泵浦光束通过光纤传输至ODL6，经ODL6调整时间延迟后，使散射光束和泵浦光束的光程保持一致，之后传输至光纤耦合连接器7并与散射光束汇合，汇合后的光束经光子模态转换晶体8滤除散射光束中与泵浦光束不同的噪声模态光子，之后将滤波后的散射光束传输给散射光滤波器9，最后使用InGaAS光电探测器10将经散射光滤波器9模态转换后的散射光子进行信号处理，获得最终的散射光信号。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种低散射涂层双向反射分布函数高精度测量装置具有测量精度高，测量速度快，准确率高，测试成本低等优势，克服了传统双向反射分布函数测量系统测试精度低，测量目标范围受限等劣势，提升了针对低散射涂层双向反射分布函数的测试精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种路面状态检测装置的噪声去除算法