[發(fā)明專(zhuān)利]材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程的檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110090517.0
• 申請(qǐng)日: 2011-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102262091A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬曉晴;魏勁松
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/84
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/84
• 代理公司: 上海新天專(zhuān)利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

1.一種材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，特征在于其構(gòu)成包括：

輸出激光波長(zhǎng)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(kuò)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(jīng)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(cè)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(yùn)動(dòng)的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)上；

具有輸出波長(zhǎng)為λ₂的激光的第二激光器(9)輸出的激光經(jīng)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(jīng)該第一光譜分光鏡(2)反射后沿所述的主光束前進(jìn)，該激光經(jīng)所述的樣品(7)反射后沿原路返回，經(jīng)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(cè)器(16)；所述的第三光譜分光鏡(13)與波長(zhǎng)為λ₂的激光的前進(jìn)方向成45°放置；

白光光源(17)，該白光光源(17)輸出的白光經(jīng)半透半反分光鏡(18)反射后，依次經(jīng)過(guò)所述的第二光譜分光鏡(4)、物鏡(6)、樣品(7)，該白光經(jīng)樣品(7)反射后沿原路返回，經(jīng)所述的半透半反分光鏡(18)透射后達(dá)到CCD相機(jī)(9；)

所述的第一激光器(1)的輸入端與信號(hào)發(fā)生器(20)的第一輸出端連接；所述的信號(hào)發(fā)生器(20)第二輸出端和所述的探測(cè)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(hào)發(fā)生器(20)、壓電陶瓷(5)、二維運(yùn)動(dòng)平移臺(tái)(8)的控制端都與計(jì)算機(jī)(22)的輸出端連接，所述的CCD相機(jī)(19)和示波器(21)的輸出端與所述的計(jì)算機(jī)(22)的輸入端相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的第二激光器(9)發(fā)出的波長(zhǎng)為λ₂的激光，與所述的第一激光器(1)發(fā)出的波長(zhǎng)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(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的第二激光器(9)發(fā)出的波長(zhǎng)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(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的色散棱鏡(12)的角度放置滿(mǎn)足：由所述的第一激光器(1)發(fā)出的波長(zhǎng)為λ₁的激光在該色散棱鏡的出射面上發(fā)生全反射，由所述的第二激光器(9)發(fā)出的波長(zhǎng)為λ₂的激光在該色散棱鏡的出射面上透過(guò)；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的第一光譜分光鏡(2)對(duì)波長(zhǎng)λ₁激光的透射率90％以上，對(duì)波長(zhǎng)λ₂激光的反射率90％以上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的第二光譜分光鏡(4)對(duì)波長(zhǎng)為λ₁的激光的反射率90％以上，對(duì)波長(zhǎng)為λ₂的激光的反射率90％以上，對(duì)白光光源(17)中其他波長(zhǎng)的可見(jiàn)光透射率在50％以上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的第三光譜分光鏡(13)對(duì)波長(zhǎng)為λ₁的激光的反射率90％以上，對(duì)波長(zhǎng)為λ₂的激光的透射率90％以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置，其特征在于所述的CCD相機(jī)(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(fā)出的波長(zhǎng)為λ₁的激光和第二激光器(9)發(fā)出的波長(zhǎng)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(qū)結(jié)構(gòu)變化動(dòng)力學(xué)過(guò)程檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于包括下列步驟：

①設(shè)置示波器信號(hào)接收模式：

所述的示波器(21)的信號(hào)接收模式設(shè)置成上升沿脈沖觸發(fā)模式，把所述的信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出的信號(hào)作為觸發(fā)源，當(dāng)信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出一個(gè)上升沿脈沖信號(hào)，所述的第一激光器(1)發(fā)出波長(zhǎng)為λ₁的激光，示波器(21)記錄此時(shí)由所述的探測(cè)器(16)和信號(hào)發(fā)生器(20)輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)；

②利用CCD相機(jī)(19)成像，尋找波長(zhǎng)為λ₁的激光的焦點(diǎn)位置：

所述的計(jì)算機(jī)(22)控制所述的信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出低電平直流信號(hào)，該信號(hào)輸出到所述的第一激光器(1)，該激光器發(fā)出功率較低的波長(zhǎng)為λ₁的激光；同時(shí)計(jì)算機(jī)(22)控制所述的第二激光器(9)不發(fā)出激光；將所述的樣品(7)放置在所述的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)上，調(diào)整所述的樣品(7)垂直于主光軸方向，調(diào)節(jié)所述的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)，使樣品(7)的待測(cè)點(diǎn)位于所述的物鏡(6)正右方的焦點(diǎn)上；

計(jì)算機(jī)(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(chǎn)生微小位移，激光λ₁經(jīng)過(guò)物鏡(6)在樣品(7)表面形成的光斑的大小和亮度也發(fā)生變化；該光斑成像在所述的CCD相機(jī)(19)上，計(jì)算機(jī)(22)采集所述的CCD相機(jī)(19)上的光斑的灰度信息，當(dāng)光斑的灰度值最大，則所述的樣品(7)表面的待測(cè)點(diǎn)與波長(zhǎng)為λ₁的激光經(jīng)物鏡(6)形成的焦點(diǎn)重合；

③測(cè)量材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程：

所述的計(jì)算機(jī)(22)設(shè)置所述的第二激光器(9)的輸入電壓，使第二激光器(9)發(fā)出波長(zhǎng)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(fā)出的波長(zhǎng)為λ₂的激光的功率；第二激光器(9)發(fā)出波長(zhǎng)為λ₂的激光的功率較低，保證在所述的樣品(7)表面不發(fā)生結(jié)構(gòu)變化；該波長(zhǎng)為λ₂的激光經(jīng)樣品(7)反射后，形成帶有樣品(7)微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)信息的波長(zhǎng)為λ₂的激光，被所述的探測(cè)器(16)接收；

調(diào)節(jié)所述的示波器(21)的橫軸的單位長(zhǎng)度和縱軸的單位長(zhǎng)度，使其在時(shí)間上和幅度上都可以顯示的所需測(cè)量的波形；使示波器(21)處于等待觸發(fā)狀態(tài)，調(diào)節(jié)觸發(fā)電平，使其小于所需測(cè)量波形的高電平；

根據(jù)測(cè)量要求，計(jì)算機(jī)(22)設(shè)置所述的信號(hào)發(fā)生器(20)輸出信號(hào)的幅度、脈沖寬度，該信號(hào)的幅度決定所述的第一激光器(1)發(fā)出波長(zhǎng)為λ₁的激光的功率，該信號(hào)的脈沖寬度決定波長(zhǎng)為λ₁的激光與所述的樣品(7)的作用時(shí)間；計(jì)算機(jī)(22)控制信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出脈沖，同時(shí)觸發(fā)所述的第一激光器(1)和示波器(21)，第一激光器(1)發(fā)出波長(zhǎng)為λ₁的激光作用在樣品(7)上，所述的示波器(21)同時(shí)記錄此時(shí)的信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出脈沖波形和所述的探測(cè)器(16)探測(cè)的經(jīng)所述的樣品(7)反射回來(lái)的帶有樣品(7)微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)信息的波長(zhǎng)為λ₂的激光的波形；信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)后，計(jì)算機(jī)(22)控制所述的信號(hào)發(fā)生器(20)關(guān)閉信號(hào)；所述的示波器(21)將記錄信號(hào)發(fā)生器(20)發(fā)出的脈沖波形和所述的探測(cè)器(16)所探測(cè)的經(jīng)所述的樣品(7)反射回來(lái)的帶有樣品(7)微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)信息的波長(zhǎng)為λ₂的激光的波形送所述的計(jì)算機(jī)(22)存儲(chǔ)；

④計(jì)算機(jī)(22)設(shè)置二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(8)的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)距離，移動(dòng)樣品(7)到一個(gè)新的待測(cè)位置，利用CCD相機(jī)(19)觀(guān)察樣品(7)表面新的待測(cè)位置處是否有損傷，當(dāng)沒(méi)有損傷時(shí)，則進(jìn)入步驟⑥；

⑤當(dāng)材料表面有損傷時(shí)，則繼續(xù)控制二維平移臺(tái)(8)移動(dòng)樣品(7)的位置，利用CCD相機(jī)(19)觀(guān)察樣品(7)表面新的待測(cè)位置處是否有損傷，直到?jīng)]有損傷，進(jìn)入步驟⑥；

⑥重復(fù)步驟②和③，測(cè)量樣品(7)微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；

⑦測(cè)量完成后，計(jì)算機(jī)繪制樣品(7)的微區(qū)結(jié)構(gòu)變化曲線(xiàn)，可以得出材料微區(qū)結(jié)構(gòu)變化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。