材料微区结构变化动力学过程的检测装置和检测方法制造方法及图纸

一种材料微区结构变化动力学过程检测装置和方法，该装置具有两路激光，第一路激光与材料发生作用，使材料微区结构发生变化，第二路激光探测该结构变化的动力学过程。本发明专利技术中利用CCD成像的方法和压电陶瓷实现自动调节样品至第一路激光的焦点位置处，利用高数值孔径的物镜，以得到微小区域的结构变化；两路激光同轴并且垂直入射到样品表面，利用CCD同时观察两路激光在样品表面形成的光斑，可使这两路激光的光斑精确重合，有利于探测更小区域结构变化的动力学过程；利用偏振分光棱镜和四分之一波片提高激光的利用率，利用色散棱镜和全反射原理使同轴的两路激光完全分离，去除非探测光的影响，提高探测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学检测领域，特别是一种。
技术介绍
随着激光技术的发展，激光致材料结构发生变化应用越来越广泛，如集成电路、太阳能电池、光学器件等，材料结构变化的动力学过程也被越来越多地研究。在材料结构变化过程中，动力学过程和热力学过程相辅相成，热力学过程是指外界给材料一个使其发生结构变化的条件，动力学过程是指材料结构变化的动态过程，该过程的研究不仅有利于对材料性质有更深一步的了解，如材料晶态和非晶态的转化，还可以用于对材料某些参数的测量，如薄膜材料厚度的测量。目前一种常用的测量模型具有两路激光，一路激光垂直作用在样品表面，另一路激光斜入射，在样品表面上与第一路激光的作用范围重合，第二路激光经样品反射后由探测器接收，当第一路激光使材料结构发生变化时，第二路激光的光强发生变化，探测到的信号发生变化。但此方法不利于利用CCD观察两路激光的位置，为了使第二路激光能探测到结构变化，第一路激光的作用范围需较大，这往往要使样品表面偏离第一路激光的焦点位置，这就需要提高激光功率；再者，第一路激光作用在材料表面上之前，需要经过具有聚焦作用的透镜，为了不影响第二路激光传播，该透镜焦距不能太短，更不能使用数值孔径高的物镜，这需要进一步提高激光功率，并且需要较大的空间。为了解决上述问题，本专利技术提出了第一路激光和第二路激光同轴垂直入射到样品表面的方案，并且利用CCD可同时观察两路激光，可使这两路激光精确重合，样品不需离焦；本专利技术中，可用焦距较短的聚焦透镜或数值孔径较高的物镜对第一路激光进行聚焦，结构紧凑，提高激光的利用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种材料微区结构变化动力学过程的检测装置和方法，该装置可检测材料在激光作用下，结构发生变化的过程，也可观察材料在激光作用后，结构发生变化的结果。本专利技术的技术解决方案如下—种材料微区结构变化动力学过程检测装置，特点在于其构成包括输出波长为X1的激光的第一激光器，沿该第一激光器输出的激光主光束上依次是第一光谱分光镜、扩束镜、第二光谱分光镜，所述的第一光谱分光镜和第二光谱分光镜与主光束成45°放置；主光束经第二光谱分光镜反射，在该反射光方向依次是物镜和待测样品；所述的物镜固定在压电陶瓷上；所述的样品置于可在X轴和Y轴方向运动的二维运动平台上；具有输出波长为λ 2的激光的第二激光器输出的激光经偏振分光棱镜、四分之一波片入射到所述的第一光谱分光镜，经该第一光谱分光镜反射后沿所述的主光束前进，该激光经所述的样品反射后沿原路返回，经所述的偏振分光棱镜的反射，沿该反射光方向，依次是色散棱镜、第三光谱分光镜、小孔光阑、聚焦透镜和探测器；所述的第三光谱分光镜与波长为λ 2的激光的前进方向成45°放置；白光光源，该白光光源输出的白光经半透半反分光镜反射后，依次经过所述的第二光谱分光镜、物镜、样品，该白光经样品反射后沿原路返回，经所述的半透半反分光镜透射后达到CXD相机；所述的第一激光器的输入端与信号发生器的第一输出端连接；所述的信号发生器第二输出端和所述的探测器的输出端与示波器的输入端连接；所述的第二激光器、信号发生器、压电陶瓷、二维运动平移台的控制端都与计算机的输出端连接，所述的CXD相机和示波器的输出端与所述的计算机的输入端相连。所述的第二激光器发出的波长为λ 2的激光与所述的第一激光器发出的波长为 λ ！的激光在所述的样品的表面形成的光斑重合。所述的第二激光器发出的波长为λ 2的激光的偏振方向与所述偏振分光棱镜的透射光偏振方向一致.所述的色散棱镜的角度放置满足由所述的第一激光器发出的波长为λ工的激光在该色散棱镜的出射面上发生全反射，由所述的第二激光器发出的波长为λ2的激光在该色散棱镜的出射面上透过；所述的第一光谱分光镜对波长A1激光的透射率90%以上，对波长入2激光的反射率90%以上。所述的第二光谱分光镜对波长为X1的激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的反射率90%以上，对白光光源中其他波长的可见光透射率在50%以上。所述的第三光谱分光镜对波长为A1的激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的透射率90%以上。所述的CCD相机不仅能够获得所述的白光光源照亮的所述的样品表面特征，而且能够获得由所述的第一激光器发出的波长为X1的激光和第二激光器发出的波长为入2的激光在所述的样品表面形成的光斑特征。利用所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置进行测量的方法，包括下列步骤①设置示波器信号接收模式所述的示波器的信号接收模式设置成上升沿脉冲触发模式，把所述的信号发生器发出的信号作为触发源，当信号发生器发出一个上升沿脉冲信号，所述的第一激光器发出波长为X1的激光，示波器记录此时由所述的探测器和信号发生器输入信号的数据；②利用CXD相机成像，寻找波长为λ工的激光的焦点位置所述的计算机控制所述的信号发生器发出低电平直流信号，该信号输出到所述的第一激光器，该激光器发出功率较低的波长为λ工的激光；同时计算机控制所述的第二激光器不发出激光；将所述的样品放置在所述的二维运动平台上，调整所述的样品垂直于主光轴方向，调节所述的二维运动平台，使样品的待测点位于所述的物镜正右方的焦点上；计算机控制所述的压电陶瓷的输入电压，使压电陶瓷在平行于主光轴方向产生微6小位移，激光λ工经过物镜在样品表面形成的光斑的大小和亮度也发生变化；该光斑成像在所述的CCD相机上，计算机采集所述的CCD相机上的光斑的灰度信息，当光斑的灰度值最大，则所述的样品表面的待测点与波长为X1的激光经物镜形成的焦点重合；③测量材料微区结构变化的动力学过程所述的计算机设置所述的第二激光器的输入电压，使第二激光器发出波长为λ2 的激光，该输入电压为直流电压，该电压值决定第二激光器发出的波长为λ2的激光的功率；第二激光器发出波长为λ 2的激光的功率较低，保证在所述的样品表面不发生结构变化；该波长为λ 2的激光经样品反射后，形成带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为 λ 2的激光，被所述的探测器接收；调节所述的示波器的横轴的单位长度和纵轴的单位长度，使其在时间上和幅度上都可以显示的所需测量的波形；使示波器处于等待触发状态，调节触发电平，使其小于所需测量波形的高电平；根据测量要求，计算机设置所述的信号发生器输出信号的幅度、脉冲宽度，该信号的幅度决定所述的第一激光器发出波长为X1的激光的功率，该信号的脉冲宽度决定波长为λ i的激光与所述的样品的作用时间；计算机控制信号发生器发出脉冲，同时触发所述的第一激光器和示波器，第一激光器发出波长为X1的激光作用在样品上，所述的示波器同时记录此时的信号发生器发出脉冲波形和所述的探测器探测的经所述的样品反射回来的带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为λ2的激光的波形；信号发生器发出一个脉冲信号后，计算机控制所述的信号发生器关闭信号；所述的示波器将记录信号发生器发出的脉冲波形和所述的探测器所探测的经所述的样品反射回来的带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为λ2的激光的波形送所述的计算机存储；④计算机设置二维运动平台的运动方向与运动距离，移动样品到一个新的待测位置，利用CCD相机观察样品表面新的待测位置处是否有损伤，当没有损伤时，则进入步骤 ⑥；⑤当材料表面有损伤时，则继续控制二维平移台移动样品的位置，利用CCD相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种材料微区结构变化动力学过程检测装置，特征在于其构成包括：输出激光波长λ１的第一激光器（１），沿该第一激光器（１）输出的激光主光束上依次是第一光谱分光镜（２）、扩束镜（３）、第二光谱分光镜（４），所述的第一光谱分光镜（２）和第二光谱分光镜（４）与主光束成４５°放置；主光束经第二光谱分光镜（４）反射，在该反射光方向依次是物镜（６）和待测样品（７）；所述的物镜（６）固定在压电陶瓷（５）上；所述的样品（７）置于可在Ｘ轴和Ｙ轴方向运动的二维运动平台（８）上；具有输出波长为λ２的激光的第二激光器（９）输出的激光经偏振分光棱镜（１０）、四分之一波片（１１）入射到所述的第一光谱分光镜（２），经该第一光谱分光镜（２）反射后沿所述的主光束前进，该激光经所述的样品（７）反射后沿原路返回，经所述的偏振分光棱镜（１０）的反射，沿该反射光方向，依次是色散棱镜（１２）、第三光谱分光镜（１３）、小孔光阑（１４）、聚焦透镜（１５）和探测器（１６）；所述的第三光谱分光镜（１３）与波长为λ２的激光的前进方向成４５°放置；白光光源（１７），该白光光源（１７）输出的白光经半透半反分光镜（１８）反射后，依次经过所述的第二光谱分光镜（４）、物镜（６）、样品（７），该白光经样品（７）反射后沿原路返回，经所述的半透半反分光镜（１８）透射后达到ＣＣＤ相机（９；）所述的第一激光器（１）的输入端与信号发生器（２０）的第一输出端连接；所述的信号发生器（２０）第二输出端和所述的探测器（１６）的输出端与示波器（２１）的输入端连接；所述的第二激光器（９）、信号发生器（２０）、压电陶瓷（５）、二维运动平移台（８）的控制端都与计算机（２２）的输出端连接，所述的ＣＣＤ相机（１９）和示波器（２１）的输出端与所述的计算机（２２）的输入端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种材料微区结构变化动力学过程检测装置，特征在于其构成包括输出激光波长X1的第一激光器(1)，沿该第一激光器(1)输出的激光主光束上依次是第一光谱分光镜O)、扩束镜(3)、第二光谱分光镜G)，所述的第一光谱分光镜( 和第二光谱分光镜(4)与主光束成45°放置；主光束经第二光谱分光镜(4)反射，在该反射光方向依次是物镜(6)和待测样品(7)；所述的物镜(6)固定在压电陶瓷(5)上；所述的样品 (7)置于可在X轴和Y轴方向运动的二维运动平台(8)上；具有输出波长为λ 2的激光的第二激光器(9)输出的激光经偏振分光棱镜(10)、四分之一波片(11)入射到所述的第一光谱分光镜O)，经该第一光谱分光镜( 反射后沿所述的主光束前进，该激光经所述的样品(7)反射后沿原路返回，经所述的偏振分光棱镜(10) 的反射，沿该反射光方向，依次是色散棱镜(12)、第三光谱分光镜(13)、小孔光阑(14)、聚焦透镜(1 和探测器(16)；所述的第三光谱分光镜(1 与波长为λ 2的激光的前进方向成45°放置；白光光源(17)，该白光光源(17)输出的白光经半透半反分光镜(18)反射后，依次经过所述的第二光谱分光镜(4)、物镜(6)、样品(7)，该白光经样品(7)反射后沿原路返回，经所述的半透半反分光镜(18)透射后达到CCD相机(9 ；)所述的第一激光器(1)的输入端与信号发生器00)的第一输出端连接；所述的信号发生器00)第二输出端和所述的探测器(16)的输出端与示波器的输入端连接；所述的第二激光器(9)、信号发生器OO)、压电陶瓷( 、二维运动平移台(8)的控制端都与计算机 (22)的输出端连接，所述的CCD相机(19)和示波器的输出端与所述的计算机02)的输入端相连。2.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光，与所述的第一激光器(1)发出的波长为X1的激光在所述的样品(7)的表面形成的光斑重合。3.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光的偏振方向与所述偏振分光棱镜(10)的透射光偏振方向一致.4.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的色散棱镜(1 的角度放置满足由所述的第一激光器(1)发出的波长为λ工的激光在该色散棱镜的出射面上发生全反射，由所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光在该色散棱镜的出射面上透过；5.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第一光谱分光镜( 对波长A1激光的透射率90%以上，对波长λ2激光的反射率90%以上。6.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二光谱分光镜(4)对波长为A1的激光的反射率90%以上，对波长为λ 2的激光的反射率90%以上，对白光光源(17)中其他波长的可见光透射率在50%以上。7.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第三光谱分光镜(1 对波长为A1W激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的透射率90%以上。8.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的 CCD相机(19)不仅能够获得所述的白光光源(17)照亮的所述的样品(7)表面特征，而且能够获得由所述的第一激光器(1)发出的波长为X1的激光和第二激光器(9)发出的波长为 λ 2的激光在所述的样品(7)表面形成的光斑特征。9.利用所述的材料微区结构变化动力学过程检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓晴，魏劲松，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31