[发明专利]基于积分球的多模式光学特性检测装置与方法

权利要求书

1.一种基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：包括光源(3)、光束支撑部(4)、移动装置(5)、样品夹(6)、积分球(1)、球支座(2)、检测光纤(8)、光谱仪(7)、计算机(9)；

所述光源(3)连接在光束支撑部(4)上，所述光束支撑部(4)连接在移动装置(5)上，由移动装置(5)调节光源(3)输出端与积分球(1)输入端的相对距离；所述积分球(1)包括球体(11)和球盖(12)，所述球体(11)上设置有光束入射口(13)、光束出射口(14)及转接盖(15)，球盖(12)可拆卸连接于光束入射口(13)或光束出射口(14)，所述样品夹(6)能同轴固定于光束入射口(13)或光束出射口(14)，使其样品夹(6)孔与光束入射口(13)或光束出射口(14)同轴，所述球体(11)转动连接在球支座(2)上；

所述光束支撑部(4)、移动装置(5)、积分球(1)、球支座(2)安装在同一直线上，所述光源(3)的输出端与光束入射口(13)、光束出射口(14)同轴设置，所述光谱仪(7)的输入端通过检测光纤(8)连接转接盖(15)，其输出端数据连接至计算机(9)，由计算机(9)计算样品的光学特性。

2.根据权利要求1所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述球支座(2)包括底座(21)、光学旋转平台(22)和第一光学升降杆(23)，所述光学旋转平台(22)连接在底座(21)上，所述第一光学升降杆(23)的一端固接光学旋转平台(22)的活动端，其另一端固接积分球(1)的球体(11)，使得积分球(1)与光学旋转平台(22)构成转动连接。

3.根据权利要求1所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述移动装置(5)包括光学导轨(51)、移动座(52)及第二光学升降杆(53)，所述移动座(52)滑动连接在光学导轨(51)上，所述第二光学升降杆(53)一端固定组移动座(52)上，其另一端固定连接光束支撑部(4)。

4.根据权利要求1所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述光源(3)包括光箱(31)，所述光箱(31)上连接有传导光纤(32)，所述光箱(31)产生光谱并通过传导光纤(32)向外传导，所述传导光纤(32)的光谱输出端连接有准直镜(33)，所述准直镜(33)和传导光纤(32)连接在光束支撑部(4)上。

5.根据权利要求4所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述光束支撑部(4)包括配重块(41)、固定块(42)、光纤放置板(43)，所述配重块(41)固定连接第二光学升降杆(53)，所述光纤放置板(43)与光束入射口(13)、光束出射口(14)同轴设置且一端固接配重块(41)，其另一端固定连接固定块(42)，所述固定块(42)设有卡孔(44)，所述准直镜(33)固定插接在卡孔(44)内，所述光纤放置板(43)设有卡槽(47)，传导光纤(32)固定连接在卡槽(47)内。

6.根据权利要求5所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述光束支撑部(4)还包括用于限制光束直径的光斑缩小装置(46)，所述光斑缩小装置(46)为一开口小孔的锡箔纸，卡孔(44)开口处设置有凹槽(45)，所述光斑缩小装置(46)连接在凹槽(45)上，所述准直镜(33)射出的光束通过光斑缩小装置(46)进而射入积分球(1)的输入端。

7.根据权利要求5所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置，其特征在于：所述配重块(41)上设有供第二光学升降杆(53)插入的限位孔(49)，所述限位孔(49)内设有紧固螺纹孔(48)，所述配重块(41)通过紧固螺纹孔(48)与第二光学升降杆(53)螺纹连接。

8.一种如权利要求1-7任一权利要求所述的基于积分球的多模式光学特性检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：关闭光源(3)，将积分球(1)的球盖(12)分别固定在积分球(1)的光束入射口(13)和光束出射口(14)处，通过移动装置(5)调整光源(3)的位置，使得光源(3)的光束出射端与积分球(1)的光束入射口(13)的距离为L，所述L大于积分球(1)直径r，取L＝r+20mm，由光谱仪(7)采集得到透射暗场光谱T_dark；

步骤2：取下积分球(1)的光束入射口(13)处的球盖(12)，光源(3)放射光束，由光谱仪(7)采集得到透射参比T_ref；

步骤3：取下积分球(1)的光束出射口(14)处的球盖(12)，通过移动装置(5)调整光源(3)的位置，使得光源(3)的光束出射孔与积分球(1)的光束出射口(14)的距离为L，由光谱仪(7)采集到反射暗场光谱R_dark；

步骤4：将夹持有参比样品(10)的样品夹(6)固定在积分球(1)的光束出射口(14)处，样品与积分球(1)的光束出射口(14)紧密贴合，光谱仪(7)采集到反射参比R_ref；

步骤5：将积分球(1)的光束出射口(14)处的夹持有参比样品(10)的样品夹(6)取下；将夹持有测试样品的样品夹(6)固定在积分球(1)的光束出射口(14)处，由光谱仪(7)采集得到测试样品总反射光强值R；

步骤6：通过移动装置(5)调整光源(3)位置，使得光源(3)的位置与积分球(1)的光束入射口(13)的距离为L，旋转台旋转180度，使得固定有样品夹(6)的积分球(1)的光束出射口(14)朝向光源(3)，将积分球(1)的球盖(12)固定在积分球(1)的光束入射口(13)处，由光谱仪(7)采集得到测试样品的总透射光强值T；

步骤7：移动装置(5)、积分球(1)、样品夹(6)复位，回到初始位置；

步骤8：总透射率MT、总反射率MR计算公式如下所示：

步骤9：将总透射率MT、总反射率MR和固定的各项异性系数g值或经过计算得到的各项异性系数g值代入IAD xp-version-3-9-10程序进行计算,得到被测样品的吸收系数μ_a和约化散射系数μ_s′。