全光纤动态光散射纳米颗粒测量系统的研制与开发光学专业论文.docxVIP

济南大学硕士学位论文摘 济南大学硕士学位论文 摘 要 动态光散射(DLS)颗粒测量技术，也称为光子相关谱(Photon Correlation Spectrum，简称PCS)技术，属于颗粒粒径测量技术中的光学法，与目前广泛使用的 激光粒度仪和拉曼光谱仪所采用的测量理论和技术不同，它通过测量由做布朗运动的 颗粒产生的与入射光相比极其微小的频率移动及其角度依赖性，获得颗粒的动态行为 信息。该技术具有不干扰、不破坏被测量体系原有状态的优势，而且能够对多分散系 提供颗粒分布的信息，测量范围正好弥补其它颗粒测量技术的空区。由于频移微小， 所以只能在单色性极好的激光问世之后，才有可能得到真正的发展，而且最为有效的 方法还需要配合使用相关技术，才能得到赫兹量级的微小频移，进行颗粒粒径分布的 反演运算，更需要使用高性能的计算机。 动态光散射颗粒测量技术从光波导的角度看，可以划分为两大类：光在空间传输 的传统动态光散射颗粒测量系统；使用光纤作为光波导的光纤式动态光散射颗粒测量 系统。目前，已经有各种形式的测量仪器出现，基本是国外著名厂商的产品，与激光 粒度仪不同，该类测量系统的技术要求较高，制造工艺难度较大，国内未见该类产品 生产和工业现场在线测量应用的报道，只有相关的研究论文发表。 光纤在光散射测量系统中的使用，从根本上改变了测量系统的构成方式，也极大 地拓展了动态光散射测量系统的使用范围和测量范围，极有可能最终成为能够应用于 工业现场在线测量的光散射颗粒测量系统。 本论文在前两章中介绍颗粒检测技术和动态光散射颗粒测量技术的概况，说明 光散射纳米颗粒测量技术的地位，尤其是全光纤动态光散射纳米颗粒测量技术要点及 其地位。随后，用三章的篇幅介绍了所研制测量系统的技术细节：第三章单光子测量 系统的研制，介绍使用光电倍增管的单光子测量系统的理论与技术实现方案，描述利 用独立研制开发的单光子检测系统，测量高度衰减后的日光灯光，得到单光子脉冲， 送入数字相关器获得正弦功率谱曲线，并将该实验的结果与国外著名公司的单光子检 测系统相比较，表征所研制开发的单光子测量系统的品质。第四章光纤式激光传导系 统的研制，描述光纤端头的加工处理技术和处理设备，光纤端头使用微型球形透镜的 技术方案，比对不同处理方式的光纤端头发射激光束的差异和激光器与光纤间的耦合 效率。第五章光纤式散射光接收系统的研制，描述光纤端头使用微型柱形透镜的技术 全光纤动态光散射纳米颗粒测量系统的研制弓开发方案，加工散射光接收器，比对不同处理方式的接收器在相关性方面的差异。第六章 全光纤动态光散射纳米颗粒测量系统的研制弓开发 方案，加工散射光接收器，比对不同处理方式的接收器在相关性方面的差异。第六章 实验，用研制开发的颗粒测量系统进行纳米颗粒测量实验，描述整个系统的构成和使 用，并将测量结果与颗粒标称值以及国外著名测量系统的测量结果进行比对，表征所 研制开发系统的品质。第七章结束语，分析目前研制和开发已经取得的进展和遇到的 困难，展望工业领域现场应用的前景。 本论文课题的来源是山东省自然科学基金和教育厅科技攻关计划资助项目，需 要完成使用全光纤的、能够最终应用于工业现场在线测量的动态光散射纳米颗粒测量 系统，并能取得独立的知识产权。 关键词：动态光散射，光子相关谱，光电倍增管，光纤探针，光纤透镜 II 济南大学硕士学位论文Abstract 济南大学硕士学位论文 Abstract Dynamic light scattering particle measurement technology(abbreviated as DLS)，also called Photon Correlation Spectrum Technology(PCS for short)，is an optical method for measuring particle sizes．Theoretically and technologically different with the current widely used laser particle sizers and Ralnan spectrometers，this method gets the dynamic behavior information of particles and angle dependence through measuring the tiny frequency shift of reflected light by particles under Brown motion．This technology doesn’t interfere and damage the original state of measured syst