專利名稱：一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置和測試方法
技術領域：
本發明屬于材料光學性能測試領域，具體涉及一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置和測試方法。
背景技術：
透明陶瓷材料是指在一定程度上光線可以透過的陶瓷材料，這類材料具有陶瓷多晶的特征，同時具有較好的光學性能。相對于單晶材料具有制備溫度低，工藝簡單、成本低的特點；相對于玻璃材料而言，具有相對完整的晶體結構；可以制備一些無法制備單晶或玻璃的材料，具有熱導率相對較高等優點。這類材料在照明工業、激光行業、鏡頭行業中具有較為廣泛的應用背景。毋容置疑，透明陶瓷材料的發展將會給這些領域帶來新的發展機遇和空間。自從1960年Coble發明了半透明氧化鋁以來，多晶透明氧化鋁(PCA)就開始在世界各地的高壓力鈉蒸氣燈及其他光學儀器的制造中得到了廣泛的應用。多晶透明氧化鋁陶瓷具有良好的光透過率、高溫機械強度和耐化學腐蝕等特性，薄壁管狀結構的透明氧化鋁已經用于制作高壓鈉燈和陶瓷金鹵燈中的電弧管。中國專利200710173626. 2等公開了一些其他種類的透明陶瓷的制備方法。這類材料能否應用于照明行業，材料的全透過率是一個重要的影響因素。材料的全透過率是指入射光透過材料，扣除反射和吸收后的全部透射能量與入射能量之比。它是各方向透射能量的總和，或稱積分。透明陶瓷材料具有細晶結構，晶粒尺寸在數百納米到數百微米之間，和單晶以及玻璃具有較大的微細結構差別。這種結構差別不可避免的會影響透明陶瓷材料的光全透過率。目前關于這類透明陶瓷材料全透過率的裝置與測試方法研究，國內外涉及較少。 已有的與透過率相關的測試裝置與方法都只能測試固定方向與固定面積內的透過率，不足以測得全部透射能量，因此無法表征全透過率。標準的全透過率測試方法是提高材料研究和開發速度的重要途徑。

發明內容
本發明的目的在于，克服現有技術中存在的無法檢測透明陶瓷全部透射能量的技術缺陷，提供一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置和測試方法。本發明的原理是光線由積分球的輸入孔入射，經過透明材料后，任意方向的透射光在積分球內部都被均勻的漫反射，因此輸出孔所得到的光線是均勻的漫反射光束，而且輸出光的光束強度以及均勻度不受入射光的入射角度、空間分布、以及極化的影響，從而可以測試透明陶瓷的全透過率。本發明通過如下技術方案解決上述技術問題一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，包括光學平臺、光源、分束鏡、探測器Α、反射鏡、積分球、支架和探測器B ；其中，所述積分球的底部設有入光口，積分球的一側設有出光口，且所述積分球通過出光口與探測器B固定連接；所述入光口依次與反射鏡和分束鏡固定連接，所述分束鏡還分別于光源和探測器A固定連接；所述積分球、探測器 B、探測器A、反射鏡和分束鏡通過支架與光學平臺固定連接。較佳的，所述光學平臺上還設有光源和能量計。較佳的，所述探測器A、探測器B和分束鏡均與所述光學平臺垂直。較佳的，所述分束鏡和反射鏡均可以進行二維調節，進一步優選的，所述反射鏡與光學平臺之間的夾角為45° ；所述分束鏡與探測器A之間的夾角為45°。較佳的，所述積分球可以沿球體赤道方向打開為兩個半球殼體，且所述入光口和出光口的中心線不重合。上述“入光口和出光口的中心線不重合”的含義為入光口的法蘭軸與出光口的法蘭軸不共線，其目的是使得從入光口進入的光線不會以直射的方式直接從出光口射出；例如在積分球的正下部設有入光口，則出光口不能設于該積分球正對入光口的正上方。在進行檢測的過程中，上述部件之間的聯結關系由激光光束的傳播路徑確定。光源發出的激光經分束鏡后部分透射至探測器A、部分反射至反射鏡，調整分束鏡與反射鏡使反射光豎直向上由入光口進入積分球。本發明還公開了一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的測試方法，該測試方法為使用上述用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，通過積分球收集全部透射光， 利用兩探測器關系抵消積分球透過率與光源能量波動的影響，測得樣品在當前波長下的全透過率。較佳的，所述用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的測試方法包括如下步驟(1)在未放置待測透明陶瓷樣品時通過探測器A測定分束鏡后透射能量EAl ；通過探測器B測定經過積分球后的出射能量EBl ；EAl和EBl需同時測定；(2)打開積分球，將待測透明陶瓷樣品放置在積分球內，依靠重力貼在入光口內側球壁，關閉積分球；然后通過探測器A測定分束鏡后透射能量EA2 ；通過探測器B測定經過積分球后的出射能量EB2 ；EA2和EB2需同時測定；(3)通過測得的數據換算出全透過率Ta，其關系滿足Ta = (EAl ★ EB2)/(EB1 ★ EA2)優選的，所述EA1、EA2、EBU EB2可全部為能量值或全部為功率值。本發明通過積分球收集全部透射光，利用兩探測器關系抵消積分球透過率與光源能量波動的影響，可以方便測得樣品在當前波長下的全透過率。本發明的樣品透過率測試裝置和測試方法可以用于測試透明陶瓷全透過率，也可用于測試其它透明材料的全透過率。


圖1 本發明的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置的立體結構圖。附圖標記1、光源；2、分束鏡；3、探測器A ;4、反射鏡；5、積分球；6、積分球支架； 7、探測器B ;8、入光口 ；11、能量計；12、光學平臺、13、探測器A支架；14、分束鏡支架；15、探測器B支架。圖2 本發明的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置的俯視結構圖。
附圖標記1、光源；2、分束鏡；3、探測器A ;5、積分球；6、支架；7、探測器B ;10、出光口 ；11、能量計。圖3 待測樣品的放置方式結構示意圖。附圖標記5、積分球；8、入光口 ；9、透明陶瓷樣品。
具體實施例方式下面通過具體實施例進一步描述本發明的技術方案。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍本發明用于測定透明陶瓷全透過率，以測試中國科學院上海硅酸鹽研究所制備的 Al2O3透明陶瓷樣品為例。如圖1和圖2所示用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，包括光學平臺 12、光源1、分束鏡2、探測器A3、反射鏡4、積分球5、積分球支架6、探測器B7 ；其中，積分球 5的底部設有入光口 8，積分球5的一側設有出光口 10，且積分球5通過出光口 10與探測器B7固定連接；所述出光口 10通過連接桿16和連接桿17依次與反射鏡4和分束鏡2固定連接，分束鏡2還分別與光源1和探測器A3固定連接；且積分球5、探測器B7、探測器A3 和分束鏡2依次通過積分球支架6、探測器A支架13、探測器B支架15和分束鏡支架14與光學平臺固定連接。光學平臺12上還設有光源1和能量計11，且探測器A3、探測器B7和分束鏡2均與光學平臺11垂直。分束鏡2和反射鏡4均可以進行二維調節，積分球5可以沿球體赤道方向打開為兩個半球殼體，且入光口 8與出光口 10的中心線不重合。如圖2、圖3，光源1為鎖模激光器，輸出波長為1064nm的脈沖激光，脈沖寬度 40ps ；分束鏡2在45°反射角時對1064nm激光反射率為80%，安裝在二維光學調整架上； 反射鏡4在45°反射角時對1064nm激光全反射，安裝在二維光學調整架上；探測器A3、探測器B7為Ophir公司LASERSTAR DualChannel能量計11的兩個能量探測器；積分球5是直徑為ΞΦ 150mm的積分球，可以沿球體赤道方向打開為兩個半球殼體。如圖2、圖3，積分球5固定于積分球支架6上，光源1、分束鏡2、探測器A3、反射鏡 4、積分球5、積分球支架6、探測器B7固定于光學平臺上。如圖2、圖3，光源1發出的激光經分束鏡2后部分透射至探測器A3、部分反射至反射鏡4，調整分束鏡2與反射鏡4使反射光豎直向上由入光口 8進入積分球5。積分球5固定于積分球支架6，探測器B7固定于積分球5的出光口 10。在未放置待測Al2O3透明陶瓷樣品9時通過探測器A3測定分束鏡2后透射能量 EAl ；通過探測器B7測定經過積分球后的出射能量EB1。EAUEBl需同時測定。打開積分球5，將待測Al2O3透明陶瓷樣品9放置在積分球5內，依靠重力貼在入光口 8內側球壁，關閉積分球5。通過探測器A3測定分束鏡2后透射能量EA2 ；通過探測器 B7測定經過積分球后的出射能量EB2。EA2、EB2需同時測定。通過測得的數據換算出全透過率Ta，其關系滿足Ta= (EAl * EB2)/(EB1 * EA2)。在本例中測得Al2O3透明陶瓷樣品的全透過率為83. 0%。
權利要求
1.一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，包括光學平臺、光源、分束鏡、 探測器A、反射鏡、積分球、支架和探測器B ；其中，所述積分球的底部設有入光口，積分球的一側設有出光口，且所述積分球通過出光口與探測器B固定連接；所述入光口依次與反射鏡和分束鏡固定連接，所述分束鏡還分別于光源和探測器A固定連接；所述積分球、探測器 B、探測器A、反射鏡和分束鏡通過支架與光學平臺固定連接。
2.如權利要求1中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，其特征在于， 所述光學平臺上還設有光源和能量計。
3.如權利要求1中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，其特征在于， 所述探測器A、探測器B和分束鏡均與所述光學平臺垂直。
4.如權利要求1中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，其特征在于， 所述分束鏡和反射鏡均能進行二維調節。
5.如權利要求4中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，其特征在于， 所述反射鏡與光學平臺之間的夾角為45° ；所述分束鏡與探測器A之間的夾角為45°。
6.如權利要求1中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，其特征在于， 所述積分球可以沿球體赤道方向打開為兩個半球殼體，且所述入光口和出光口的中心線不重合。
7.一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的測試方法，該測試方法為使用如權利要求1 6中任一所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置，通過積分球收集全部透射光，利用兩探測器關系抵消積分球透過率與光源能量波動的影響，測得樣品在當前波長下的全透過率。
8.如權利要求7中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的測試方法，其特征在于，所述測試方法包括如下步驟(1)在未放置待測透明陶瓷樣品時通過探測器A測定分束鏡后透射能量EAl；通過探測器B測定經過積分球后的出射能量EBl ；EAl和EBl需同時測定；(2)打開積分球，將待測透明陶瓷樣品放置在積分球內，依靠重力貼在入光口內側球壁，關閉積分球；然后通過探測器A測定分束鏡后透射能量EA2 ；通過探測器B測定經過積分球后的出射能量EB2 ；EA2和EB2需同時測定；(3)通過測得的數據換算出全透過率Ta，其關系滿足Ta=(EAl女EB2)/(EB1女EA2)。
9.如權利要求8中所述的用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的測試方法，其特征在于，所述EA1、EA2、EB1、EB2可全部為能量值或全部為功率值。
全文摘要
本發明屬于材料光學性能測試領域，具體涉及一種用于測試透明陶瓷塊狀材料全透過率的裝置和測試方法。本發明的測試裝置包括包括光學平臺、光源、分束鏡、探測器A、反射鏡、積分球、支架、探測器B；其中，所述積分球的底部設有入光口，積分球的一側設有出光口，且所述積分球通過出光口與探測器B固定連接；所述出光口依次與反射鏡和分束鏡固定連接，所述分束鏡還分別于光源和探測器A固定連接；所述積分球、探測器B、探測器A、反射鏡和分束鏡通過支架與光學平臺固定連接。本發明的測試裝置通過積分球收集全部透射光，利用兩探測器關系抵消積分球透過率與光源能量波動的影響，可以方便測得樣品在當前波長下的全透過率。
文檔編號G01N21/59GK102235974SQ201010152378
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者馮濤, 崔方明, 施劍林, 魏晨陽, 黃為民 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所