专利名称：红外光侦测卡的制作方法
技术领域：
本实用新型提供了一种红外光侦测卡，特别是针对较高功率的红外光的侦测使用，藉由非线性光学晶体粉末本身可承受雷射功率较高，不容易被破坏，且其在接受高功率雷射的照射后，无饱和延迟效应，能即时经过非线性效应产生较小面积的可见清晰光点，极适合于中、高功率红外光的准直校正等场合。
光电科技的发达，促使各种波长的雷射大量地应用于各式各样不同的领域，其中波长范围为可见光的雷射或光源仅占应用领域的一部份，许多雷射输出的光束其波长范围是不可见红光，由于红外光所发出的光其波长位于无法直接利用肉眼观察的不可见光范围，所以在实验或应用进行时最基本却也是最困难的部分，即在于整个实验系统雷射光源的准直校正(alignment)，基于无法直接利用肉眼精准的确定雷射光路径，也就无法使实验或各种应用顺利的继续进行。因此，如何可以使实验进行时，在不影响实验系统装置的前提下，轻易辨识实验光源所使用的不可见雷射光的路径、位置及强度等相关物理参数，对实验系统工作的进行及其操作难易程度，扮演着极为重要的角色。
在先前技术中，类似的红外光侦测卡的操作原理乃利用原子吸收入射光子能量后再释出可见光的原理，藉由原子能阶的跃迁将多个入射光子能量累积后，再释出一个可见光子，以达到侦测红外光的目的。此种利用原子能阶特性制成的红外光侦测卡的优点是其对红外光的敏感度高，即使对功率较低的红外光亦可产生反应，并发出可见光。然其高敏感度的优点亦正为其缺点，虽然可以看到红外光能在传统的侦测卡上产生一块可见光点，但该可见光点很快的就会变暗而必须移动侦测卡，须利用侦测卡的其他部位才能继续观察该红外光。这是因为一般使用的红外光侦测卡是利用对光敏感度高的萤光(Fluorescence)技术作成，此种物质对光的反应较迟缓，容易对光强度产生饱和与延迟的效尖。所以在受到一定程度的照射能量后就必须利用类似充电或放电的方式，将光子作适当地补充，并间隔一段时间才能继续使用，其恢复时间较长，造成应用上极大的困扰与不便。
再者，该利用萤光技术作成的侦测卡，是对微弱红外光的敏感性高，相对地也容易在高红外光照射下呈现输出饱和的情形，导致所看到的并不是实际光束大小，而是一片较大的光点。因此，在实际侦测功率较高的高能红外光时，该侦测卡会产生一面积较大的光斑，无法适时的反映雷射光束的精确位置与品质，进而影响实际使用上判断红外光的位置及光点大小的准确性。同时，已知以萤光技术制成的侦测卡，其侦测元件上所包覆的材料，是使用一般的低抗雷射强度塑胶材质，因此无法承受高雷射功率，容易受到雷射能量的损害，进而于实验操作时，徒增看顾与更新侦测卡的额外负担与困扰。
本创作人有鉴于目前所使用的技术无法克服上述的诸多缺点，经细心研究与试验，本着改良此技术的热忱，终发明出利用非线性光学物质粉末产生二次谐频可见光的红外光侦测卡，以适应波长范围为不可见红外光的应用领域所需。
本实用新型的主要目的在于提供一种红外光侦测卡，其原理是利用非线性光学晶体特有的二次谐频产生非线性光学效应将入射光倍频，使其从不可见红外光转变成可见光的特性，加以加工利用并改良，使成为一使用方便、能量转换效率高，适合中高功率红外光使用的红外光侦测卡，给使用者提供一种可视的红外光侦测工具。
为达上述的目的，本实用新型所提供的红外光侦测卡，至少是在侦测卡本体上覆有一层非线性光学物质涂复层，用以将红外光转换成可见光，其中该非线性光学物质涂复层为加工研磨成细微颗粒的非线性光学晶体粉末，藉由该晶体所特有的二次谐频产生非线性光学效应，使得原本为不可见红外光的光束在射入该侦测卡后，因为二次谐频产生的非线性光学效应，而转换为一波长范围为可见光的光点，且于侦测卡本体上覆盖及固定有具抗雷射强度与高能特性的复盖层，以避免于侦测高功率的雷射时因无法负荷而被破坏并造成侦测卡损坏，进而使本实用新型具有下列特点其一，该欲侦测光源为一雷射光源，特别是其输出光束的波长范围为不可见光的红外光，其波长范围是为800nm至1500nm。
其二，该卡还包括一层非线性光学晶体粉末涂复层覆于一固定平面上，其粉末颗粒直径小于等于所欲侦测的红外光在该晶体中产生倍频光的同调长度(coherence length)，以提高非线性效应的转换效率，同时，使侦测卡亦能有效降低其最小侦测功率，符合实际应用所需。
其三，该卡还包括一透明覆被薄膜，用以固定非线性光学晶体粉末于侦测平面上，其为具有抗高热、高能特性的物质，如玻璃纸、石英薄膜等，避免侦测卡于侦测高功率雷射时，因无法负荷其能量而被破坏，以适用于侦测高能量的雷射。
简言之，本实用新型优点是利用具有二次谐频产生非线性光学特性的非线性光学晶体，将其磨成细微粉末，利用其可将不可见红外光转换为可见光的非线性光学特性，使得所欲侦测的不可见红外光射至该侦测卡后，于粉末状的晶体上产生一相对应雷射光束大小的可见光光点。因此，可将原本波长范围为不可见光的雷射入射光转变为可见光，以方便辨识该不可见光雷射光束的方向、位置、大小等重要物理参数。
下面结合说明书附图及实施例，对本实用新型作进一步的说明。


图1为揭示本实用新型的正视图；图2是图1的A-A剖视图。
本实用新型的红外光侦测卡，至少在侦测卡1的本体11上覆有一层非线性光学物质涂复层2，用以将红外光转换成可见光，请配合图1所举的应用实施例，以便详加阐述本实用新型的内容；其中，本体是以能耐高功率雷射的侦测所使用的特殊材质制成透明薄片，如玻璃或石英等，其外型是随实际上的需求而做改变、调整，可以作成类似一般光学镜架般的造型，以利光学器材将之固定并应用于光学系统中，在本实施例中为了一般使用上的方便考虑，是将本体11作成名片般的外型(如图1所示)，并于本体11上设有一立体空间以覆置非线性光学物质涂复层2(如图2所示)，形成一侦测区12；涂复层2中非线性光学物质为具有二次谐频(Second Harmonic Generation，S.H.G.)产生功能的晶体，例如Lithium Niobate或KTP等晶体，使原本波长范围为不可见之入射光的频率加倍(波长减半)转变成可见光，进而达到侦测不可见红外光的目的，藉此作为本实用新型的反应机制，在本实施例中，是将涂复层2中非线性光学物质的晶体研磨成细微颗粒粉末，并将该粉末均匀涂布于本体11的立体空间(见图2所示)，形成一侦测区12(配合图1所示)，且以透明薄膜复盖层3覆盖并固定的(配合图2所示)，使涂复层2中的非线性光学晶体固定于侦测本体11上，形成一侦测卡1；同时，非线性光学物质的粉末颗粒大小，是与侦测卡1侦测红外光时的效能有着一定的关系，在非线性光学中，同调长度的定义为入射光能够持续将能量转变成二次谐频输出光的距离，故该非线性光学晶体的颗粒直径应小于等于所欲侦测的红外光在该晶体中产生倍频的同调长度(SHGCoherence Length)为较佳，以有效的提高非线性效应的转换效率，且非线性光学物质的粉末的颗粒越小，其能量转换的效率越高，也就是该侦测卡1的最低侦测功率越低，如从最小侦测雷射功率的考虑来看，侦测卡1应能有效降低其最小侦测功率，以符合实际应用所需。
再者，该薄膜复盖层3是以耐高强度雷射的材料所制成，用以覆盖及固定该非线性光学晶体粉末涂复层2于该侦测卡1上(配合图2所示)，例如特殊胶膜、玻璃、或石英等，具有抗雷射强度及高能特性，以避免侦测卡1于侦测高功率雷射时，因无法负荷其能量而被破坏，所以不需要担心待测雷射的功率过高而可能损坏侦测卡1。
本实用新型是利用非线性光学物质的二次谐频产生可将红外光转换成可见光的非线性光学特性作为侦测的机制，故其可侦测的不可见红外光的波长范围大约是可见光的两倍，同时本实用新型因利用非线性光学晶体粉末作为主要的侦测元件，其对高功率雷射可能造成晶体破坏的忍受程序(Damage Threshold)较高，而且不会有饱和延迟(Saturation Delay)的效应，加上利用具有较高被破坏极限(Laser Damage Threshold)的材质，如玻璃纸或石英膜等作为覆盖侦测卡1及固定非线性光学晶体粉末涂复层2的薄膜复盖层3(配合图2所示)，故侦测卡1特别适用于侦测高功率雷射。
以可见光波长的范围400nm至750nm为例，侦测卡1可测得的红外光的波长范围约为800nm至1500nm，若举一波长为1064nm红外光范围的NdYAG雷射做为欲侦测的光源，并将此红外光射入侦测卡1的侦测区12内的非线性光学物质粉末时(配合图1所示)，藉由二次谐频的非线性效应，使原本雷射波长为1064nm的不可见红外光，倍频成波长为532nm的绿色可见光，经这样的过程，即可明显的看见为不可见光的雷射在侦测卡1上产生一绿色小光点，且该绿色光点是持续存在，不会在受到一段时间的照射后就消失，因此不需要不断的移动侦测卡1以持续的观察该红外光，使得原本无法由肉眼辨识的红外光转变成可直接由肉眼辨识的可见光，如此一来，不可见光束行进的方向、位置、截面大小、截面品质等重要物理参数均可轻易获得，以利各种实际的应用。
尤须一提的是，本实用新型与已有的利用萤光技术制成的红外光侦测卡1的最大不同点是在于，本实用新型主要侦测元件本身即为一非线性光学晶体，对于高功率雷射具有较高的抗破坏性，也就是当受测雷射光的功率越来越高的情况下，仍能对高功率红外光的位置及光点作准确而即时地侦测和判别，同时，另可采用具抵抗较高能量的石英、玻璃等材质，作为包覆侦测卡1的材料，以避免本体11上用以包覆及固定的薄膜复盖层3遭受高功率雷射破坏。所以，本实用新型的侦测卡1具有优异的抗雷射强度与侦测精度，特别适用于侦测峰值强度约大于1 killowatt/mm2的高功率红外光。
另，该非线性光学物质的粉末亦可与胶体或液体充分混合，或使混有该粉末的胶体或液体凝结形成固体，使混有粉末的胶体、液体或固体利于披覆或载置于侦测本体上，促使非线性光学物质的粉末能配合实际所需，举如实施成适用于一般光学镜架的镜片或镜体等，以广泛应用于光学系统中，并提高其产业利用价值。同时，本实用新型得由熟悉本技术的人士任施巧思加以诸般作为、修饰，然其基本皆不脱离本实用新型所附申请专利所欲保护范围。
综上所述，本实用新型的一种红外光侦测卡，是利用非线性光学的二次谐频产生非线性效应，使原本为不可见红外光，于侦测卡1上产生无饱和延迟效应的较小面积的可见清晰光点，且侦测卡1本身即为一光学晶体，而具有极高的雷射破坏阀值(Laser Danage Threshold)，并另可于其外层包覆抵抗高强度雷射的材料，排除侦测卡1遭受高能雷射破坏的疑虑，特别适用于侦测高能量的雷射，本实用新型确已符合专利要求，依法提出实用新型专利申请。
权利要求1.一种红外光侦测卡，包括本体、复盖层和涂复层，其特征是本体上至少覆有一层足以产生二次谐频非线性光学效应(Second HarmonicGeneration)并用以将红外光转换成可见光的非线性光学物质涂复层，和具有抗雷射强度与高能特性的复盖层。
2.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是本体为一卡片。
3.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是非线性光学物质涂复层为任一具备二次非线性光学参数的物质经加工成粉末状。
4.如权利要求3所述的红外光侦测卡，其特征是非线性光学物质粉末的颗粒直径大小为小于等于该待测红外光在该非线性光学物质中产生二倍频光子的同调长度。
5.如权利要求3所述的红外光侦测卡，其特征是非线性光学粉末可混入胶体或液体中，亦或使混有非线性光学粉末的胶体或液体凝结成固体。
6.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是非线性光学物质涂复层为一非线性光学晶体铌酸锂(lithium niobate，LiNbO3)经加工研磨制成的粉末。
7.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是非线性光学物质涂复层为一非线性光学晶体KTP经加工研磨制成的粉末。
8.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是本体表面覆盖层为一塑胶制成的薄膜。
9.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是本体表面覆盖层为一玻璃制成的薄膜。
10.如权利要求1所述的红外光侦测卡，其特征是本体表面覆盖层为一石英制成的薄膜。
专利摘要一种红外光侦测卡,包括本体、覆盖层和涂复层,其特征是本体上至少覆有一层足以产生二次谐频非线性光学效应(Second Harmonic Generation)并用以将红外光转换成可见光的非线性光学物质涂覆层,和具有抗镭射强度与高能特性的覆盖层。其优点是利用非线性光学晶体所特有的二次非线性特性将入射光倍频,使原本为不可见红外光波长减半而成为可见光,以达到侦测红外光的目的。
文档编号G01J3/10GK2421629SQ0023361
公开日2001年2月28日 申请日期2000年5月11日 优先权日2000年5月11日
发明者黄衍介 申请人:龙彩科技股份有限公司