專利名稱：一種信噪比高結(jié)構(gòu)靈活的熒光測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種信噪比高結(jié)構(gòu)靈活的熒光測量裝置，用于激光熒光譜測量及對鈾原子束在連續(xù)共振激光束作用下的熒光測定。
利用激發(fā)態(tài)原子自發(fā)輻射而產(chǎn)生的熒光特征譜線來分析元素是經(jīng)典的分析方法。隨著激光器的出現(xiàn)與發(fā)展，激光致原子熒光已被推廣應用來測定原子能級、光譜研究以及各種強光－物質(zhì)相互作用的研究。目前，普遍采用的激光致熒光測量，其方法是從熒光光源(通常為光吸收池)到熒光探測器的熒光傳輸都采用玻璃透鏡系列的剛性傳輸系統(tǒng)；熒光濾光元件一般都采用濾光片，由此帶來下述嚴重缺陷。其一由于光探測元件對光的入射方向、聚焦位置都較敏感，因此為獲得最佳輸入而調(diào)節(jié)剛性傳輸系統(tǒng)時顯得十分不便和困難；其二是采用濾光片時，通過峰寬一般都在數(shù)百埃，由于本底噪聲光一般都是連續(xù)分布的環(huán)境光，其量正比于通過峰寬，而信號譜線通常都很窄，例如0.1埃左右，這樣就極大地降低了信噪比，使得熒光譜質(zhì)量變差，或者根本就測不出。同時采用濾光片時，對不同波長范圍內(nèi)的熒光還要準備與之相應的濾光片。
本發(fā)明的目的在于提供一種性能極佳的熒光測量裝置，該裝置具有結(jié)構(gòu)靈活及信噪比高等特點。
該裝置的結(jié)構(gòu)如

圖1所示，包括反應腔1、集光系統(tǒng)2、光纜3、單色儀4和記錄儀5。光纜3由采用普通光學玻璃或其他光學玻璃材料制成的光導纖維構(gòu)成。圖2為反應腔1的結(jié)構(gòu)圖，圖3為光纜入射端的剖面圖，圖4為光纜輸出端的剖面圖。該裝置工作原理是，激光束與原子束在反應腔1內(nèi)相交，激光使原子有效激發(fā)并發(fā)出熒光，熒光經(jīng)由集光系統(tǒng)2收集，并經(jīng)短距離傳輸?shù)焦饫|入射端。熒光經(jīng)光纜3傳輸較遠的距離到達其輸出端，然后入射至單色儀4的入口狹縫，經(jīng)分光后從光電倍增器輸出電信號，最后送至記錄儀5顯示或記錄。
反應腔1中的激光熒光源被如圖2的小盒所屏蔽，小盒內(nèi)側(cè)予先涂上強吸收材料如黑色油漆等，使偶然入射到表面上的激光束很少產(chǎn)生反射。出射孔b稍大于入射孔a，以清除光束發(fā)散或準直不嚴而在內(nèi)側(cè)引起的反射。熒光采光孔c應與聚光透鏡的焦距即鏡－熒光點間的距離相匹配。集光系統(tǒng)2由熒光集光透鏡(組)和一個金屬保護筒組成，透鏡組由兩個透鏡組成，使第一個透鏡的焦距恰好等于該透鏡至熒光點的距離，即使熒光點位于第一個透鏡的焦點上；同時使第二個透鏡的焦距恰好等于該透鏡至光纜3入射端的距離，即使光纜3的入射端恰好位于第二個透鏡的焦點上，這樣就能保證熒光高效傳輸。而兩個透鏡之間的距離可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定，無嚴格要求。在金屬保護筒的端面上開一個小孔，使得熒光源與聚光透鏡所張的立體錐與小孔所在平面的交線圓稍小于此孔面積，這樣就可以有效地抑制來自環(huán)境的雜散光，而絲毫也不減弱有用的熒光信號。這一組件可置于真空或其他環(huán)境較差的位置。
光纜3是一種新型光能傳輸元件，它的一端與集光系統(tǒng)2相接，可以做成與集光系統(tǒng)相匹配的各種形狀，如圖3所示的圓形或者其他形狀等，以便有效地接收從熒光集光系統(tǒng)得到的光信號。光纜的另一端與單色儀4相接，它可以做成與光探測元件相匹配的各種形狀，如圖4所示的矩形或者其他形狀等，使得輸出光可與光探測器的幾何、物理特性達到良好的匹配，從而可以充分發(fā)揮光探測器元件的各項特性。光纜的長度可視實驗需要而定，對于一般實驗，一米長的光纜就足夠了。光纜的材料可視實驗中熒光的光譜成分決定。對一般可見光及附近的熒光，采用普通光學玻璃材料的光導纖維就可達到滿意的性能且價格低廉，甚至比相應的光學玻璃透鏡組所需費用還低。光纜的材料也可以用其他光學玻璃材料。單色儀4用于分光，可以采用普通國產(chǎn)0.5米或更短光程的光柵，棱鏡類單色儀只要其分辨率在幾埃左右即能大幅度提高信噪比。
利用本裝置對鈾原子束在連續(xù)共振激光束作用下的熒光進行了測定。由于鈾原子蒸發(fā)困難，相應熒光信號也較弱，在采用現(xiàn)有熒光測量方法時，噪比小，常常被淹沒在本底噪聲中。采用本發(fā)明后，獲得了極佳的熒光光譜信號。不僅可以測定非共振熒光(熒光譜線波長與激光波長不同)，而且也可以測定共振熒光，此時熒光波長與激光波長相同，只要稍一疏忽，熒光信號就會被強得多的激光本底信息所完全淹沒。
圖5是利用本發(fā)明測得的元素鈾原子熒光超精細結(jié)構(gòu)，圖中給出的熒光譜信噪比幾乎達到了理想水平。這些超精細結(jié)構(gòu)線不僅證實了目前世界上采用光電離譜測得的最好結(jié)果，而且還揭示了以前沒有測得的超精細結(jié)構(gòu)弱分量以及鈾稀有同位素U－234的譜線。利用本發(fā)明還測定了鈾的其余譜線及另外一些元素的譜線，測定了原子的飛行速度、原子激發(fā)態(tài)壽命等。
本發(fā)明還可推廣應用到各種激光熒光譜的測量，一步或多步激發(fā)中激發(fā)能級的監(jiān)測等。
權(quán)利要求1.一種信噪比高結(jié)構(gòu)靈活的熒光測量裝置，包括集光系統(tǒng)2、單色儀4和記錄儀5，其特征在于設有能屏蔽激光熒光源的反應腔1，集光系統(tǒng)2由集光透鏡組和金屬保護筒組成，傳輸熒光的光纜3的一端與集光系統(tǒng)連接，另一端與單色儀連接，集光透鏡組由兩個透鏡組成，第一個透鏡的焦距等于該透鏡至熒光點的距離，第二個透鏡的焦距等于該透鏡至光纜3入射端的距離。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光測量裝置，其特征在于反應腔1中的激光熒光源被金屬盒所屏蔽，在該金屬盒壁上分別開有入射孔a、出射孔b和采光孔C，并在金屬盒內(nèi)側(cè)面涂有強吸收材料。
3.如權(quán)利要求1所述的熒光測量裝置，其特征在于集光系統(tǒng)2采用了一個外套筒，在筒的端面上開一小孔，使得熒光源與聚光透鏡所張的立體錐與小孔所在平面的交線圓稍小于該孔的面積。
4.如權(quán)利要求1所述的熒光測量裝置，其特征在于光纜3可以采用普通光學玻璃材料或其他光學玻璃材料所制的光導纖維構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的光纜，其特征在于光纜的接收和出射光端面做成圓形、矩形或其他合適的形狀，使得能分別與熒光源形狀、單色儀入口狹縫形狀相匹配。
專利摘要一種信噪比高結(jié)構(gòu)靈活的熒光測量裝置，包括集光系統(tǒng)、單色儀和記錄儀。集光系統(tǒng)2由集光透鏡組和金屬保護筒組成；由反應腔作為激光熒光源的屏蔽，用光導纖維作為光能傳輸元件，可有效地消除光束發(fā)散和準直不嚴而在內(nèi)側(cè)引起的反射。采用本裝置對激光致熒光測量可獲得信噪比高、光譜信號清晰的效果，且結(jié)構(gòu)靈活、方便可靠。本裝置可廣泛用于測定原子能級、光譜研究以及各種強光-物質(zhì)相互作用的研究。
文檔編號G01N21/64GK2080176SQ9021800
公開日1991年7月3日 申請日期1990年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1990年8月21日
發(fā)明者徐品芳, 潘文杰 申請人:核工業(yè)理化工程研究院