[發明專利]材料微區結構變化動力學過程的檢測裝置和檢測方法

無效

• 申請號: 201110090517.0
• 申請日: 2011-04-12
• 公開（公告）號: CN102262091A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 馬曉晴;魏勁松
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，特征在于其構成包括：

輸出激光波長λ₁的第一激光器(1)，沿該第一激光器(1)輸出的激光主光束上依次是第一光譜分光鏡(2)、擴束鏡(3)、第二光譜分光鏡(4)，所述的第一光譜分光鏡(2)和第二光譜分光鏡(4)與主光束成45°放置；主光束經第二光譜分光鏡(4)反射，在該反射光方向依次是物鏡(6)和待測樣品(7)；所述的物鏡(6)固定在壓電陶瓷(5)上；所述的樣品(7)置于可在X軸和Y軸方向運動的二維運動平臺(8)上；

具有輸出波長為λ₂的激光的第二激光器(9)輸出的激光經偏振分光棱鏡(10)、四分之一波片(11)入射到所述的第一光譜分光鏡(2)，經該第一光譜分光鏡(2)反射后沿所述的主光束前進，該激光經所述的樣品(7)反射后沿原路返回，經所述的偏振分光棱鏡(10)的反射，沿該反射光方向，依次是色散棱鏡(12)、第三光譜分光鏡(13)、小孔光闌(14)、聚焦透鏡(15)和探測器(16)；所述的第三光譜分光鏡(13)與波長為λ₂的激光的前進方向成45°放置；

白光光源(17)，該白光光源(17)輸出的白光經半透半反分光鏡(18)反射后，依次經過所述的第二光譜分光鏡(4)、物鏡(6)、樣品(7)，該白光經樣品(7)反射后沿原路返回，經所述的半透半反分光鏡(18)透射后達到CCD相機(9；)

所述的第一激光器(1)的輸入端與信號發生器(20)的第一輸出端連接；所述的信號發生器(20)第二輸出端和所述的探測器(16)的輸出端與示波器(21)的輸入端連接；所述的第二激光器(9)、信號發生器(20)、壓電陶瓷(5)、二維運動平移臺(8)的控制端都與計算機(22)的輸出端連接，所述的CCD相機(19)和示波器(21)的輸出端與所述的計算機(22)的輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的第二激光器(9)發出的波長為λ₂的激光，與所述的第一激光器(1)發出的波長為λ₁的激光在所述的樣品(7)的表面形成的光斑重合。

3.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的第二激光器(9)發出的波長為λ₂的激光的偏振方向與所述偏振分光棱鏡(10)的透射光偏振方向一致.

4.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的色散棱鏡(12)的角度放置滿足：由所述的第一激光器(1)發出的波長為λ₁的激光在該色散棱鏡的出射面上發生全反射，由所述的第二激光器(9)發出的波長為λ₂的激光在該色散棱鏡的出射面上透過；

5.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的第一光譜分光鏡(2)對波長λ₁激光的透射率90％以上，對波長λ₂激光的反射率90％以上。

6.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的第二光譜分光鏡(4)對波長為λ₁的激光的反射率90％以上，對波長為λ₂的激光的反射率90％以上，對白光光源(17)中其他波長的可見光透射率在50％以上。

7.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的第三光譜分光鏡(13)對波長為λ₁的激光的反射率90％以上，對波長為λ₂的激光的透射率90％以上。

8.根據權利要求1所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置，其特征在于所述的CCD相機(19)不僅能夠獲得所述的白光光源(17)照亮的所述的樣品(7)表面特征，而且能夠獲得由所述的第一激光器(1)發出的波長為λ₁的激光和第二激光器(9)發出的波長為λ₂的激光在所述的樣品(7)表面形成的光斑特征。

9.利用所述的材料微區結構變化動力學過程檢測裝置進行測量的方法，其特征在于包括下列步驟：

①設置示波器信號接收模式：

所述的示波器(21)的信號接收模式設置成上升沿脈沖觸發模式，把所述的信號發生器(20)發出的信號作為觸發源，當信號發生器(20)發出一個上升沿脈沖信號，所述的第一激光器(1)發出波長為λ₁的激光，示波器(21)記錄此時由所述的探測器(16)和信號發生器(20)輸入信號的數據；

②利用CCD相機(19)成像，尋找波長為λ₁的激光的焦點位置：

所述的計算機(22)控制所述的信號發生器(20)發出低電平直流信號，該信號輸出到所述的第一激光器(1)，該激光器發出功率較低的波長為λ₁的激光；同時計算機(22)控制所述的第二激光器(9)不發出激光；將所述的樣品(7)放置在所述的二維運動平臺(8)上，調整所述的樣品(7)垂直于主光軸方向，調節所述的二維運動平臺(8)，使樣品(7)的待測點位于所述的物鏡(6)正右方的焦點上；

計算機(22)控制所述的壓電陶瓷(5)的輸入電壓，使壓電陶瓷(5)在平行于主光軸方向產生微小位移，激光λ₁經過物鏡(6)在樣品(7)表面形成的光斑的大小和亮度也發生變化；該光斑成像在所述的CCD相機(19)上，計算機(22)采集所述的CCD相機(19)上的光斑的灰度信息，當光斑的灰度值最大，則所述的樣品(7)表面的待測點與波長為λ₁的激光經物鏡(6)形成的焦點重合；

③測量材料微區結構變化的動力學過程：

所述的計算機(22)設置所述的第二激光器(9)的輸入電壓，使第二激光器(9)發出波長為λ₂的激光，該輸入電壓為直流電壓，該電壓值決定第二激光器(9)發出的波長為λ₂的激光的功率；第二激光器(9)發出波長為λ₂的激光的功率較低，保證在所述的樣品(7)表面不發生結構變化；該波長為λ₂的激光經樣品(7)反射后，形成帶有樣品(7)微區結構變化的動力學信息的波長為λ₂的激光，被所述的探測器(16)接收；

調節所述的示波器(21)的橫軸的單位長度和縱軸的單位長度，使其在時間上和幅度上都可以顯示的所需測量的波形；使示波器(21)處于等待觸發狀態，調節觸發電平，使其小于所需測量波形的高電平；

根據測量要求，計算機(22)設置所述的信號發生器(20)輸出信號的幅度、脈沖寬度，該信號的幅度決定所述的第一激光器(1)發出波長為λ₁的激光的功率，該信號的脈沖寬度決定波長為λ₁的激光與所述的樣品(7)的作用時間；計算機(22)控制信號發生器(20)發出脈沖，同時觸發所述的第一激光器(1)和示波器(21)，第一激光器(1)發出波長為λ₁的激光作用在樣品(7)上，所述的示波器(21)同時記錄此時的信號發生器(20)發出脈沖波形和所述的探測器(16)探測的經所述的樣品(7)反射回來的帶有樣品(7)微區結構變化的動力學信息的波長為λ₂的激光的波形；信號發生器(20)發出一個脈沖信號后，計算機(22)控制所述的信號發生器(20)關閉信號；所述的示波器(21)將記錄信號發生器(20)發出的脈沖波形和所述的探測器(16)所探測的經所述的樣品(7)反射回來的帶有樣品(7)微區結構變化的動力學信息的波長為λ₂的激光的波形送所述的計算機(22)存儲；

④計算機(22)設置二維運動平臺(8)的運動方向與運動距離，移動樣品(7)到一個新的待測位置，利用CCD相機(19)觀察樣品(7)表面新的待測位置處是否有損傷，當沒有損傷時，則進入步驟⑥；

⑤當材料表面有損傷時，則繼續控制二維平移臺(8)移動樣品(7)的位置，利用CCD相機(19)觀察樣品(7)表面新的待測位置處是否有損傷，直到沒有損傷，進入步驟⑥；

⑥重復步驟②和③，測量樣品(7)微區結構變化的動力學過程；

⑦測量完成后，計算機繪制樣品(7)的微區結構變化曲線，可以得出材料微區結構變化的動力學過程。