[發明專利]一種基于激光陣列誘導表面熱形變效應的成像方法及裝置

有效

• 申請號: 201210198138.8
• 申請日: 2012-06-15
• 公開（公告）號: CN102680407A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 吳周令;陳堅
• 申請（專利權）人: 合肥知常光電科技有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 金凱

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技術領域

本發明涉及光熱檢測技術領域，具體是一種基于激光陣列誘導表面熱形變效應的成像方法及裝置。

背景技術

利用激光誘導表面熱形變效應進行檢測的基本原理是基于材料在光（以下稱泵浦光）的作用下表面因吸收光能量導致局部溫度升高，從而發生形變。這種熱形變的空間分布及其隨時間的變化與泵浦光參數和材料特性緊密相關。而且，由于這種表面熱形變，從材料表面反射出來的光的傳播特性會發生變化，產生會聚或發散效應，就像新增加了一個透鏡。因此，這種表面熱形變效應又稱為表面熱透鏡效應。

利用表面熱形變效應進行材料特性檢測和分析的最為常見的方法是利用一束振幅經過調制的泵浦光照射被測樣品表面誘導產生熱形變，同時利用另一束探測光經過樣品表面熱形變區域來探測泵浦光引起的表面熱形變。測量時，在反射回來的探測光光路中加入一個空間濾波器，經過空間濾波器后到達光電探測器的探測光能量會因為表面熱形變對探測光的會聚或發散效應而變化。實際測量中，為提高響應，通常需要利用鎖相技術。而對樣品的二維成像則是通過對樣品進行逐點掃描來獲得。這種二維掃描成像方法可以獲得較高的分辨率，在遠場測量條件下近似受限于泵浦光/探測光的衍射極限，比較容易達到亞微米量級。

但是，這種二維掃描成像方法在實際應用中受到很大限制。主要原因是成像速度太慢。一方面由于信號較弱，對每一個樣品點都要進行一定時間的鎖相積分；另一方面，樣品每次移動都需要花費一定的移動和等待時間，后者是為了使整個系統從機械震動到局部溫度都能達到新的平衡。這樣一般情況下獲得一幅5微米橫向分辨率的500微米x?500微米的圖像需要近一小時的時間。如果樣品吸收微弱，則要增加積分時間，成像時間就會更長。這個缺點極大地限制了該技術的應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于激光陣列誘導表面熱形變效應的成像方法及裝置，解決利用表面熱透鏡效應進行二維成像過程中需要逐點掃描，從而耗時過長的問題。

本發明的技術方案為：

一種基于激光陣列誘導表面熱形變效應的成像方法，包括以下步驟：

（1）、將泵浦光源發出的泵浦光分成等光強的、呈等間距陣列分布的泵浦光束組，泵浦光束組經會聚后照射被測樣品表面，泵浦光束組的每一束泵浦光在被測樣品照射區域引起了相應的局部表面形變；

（2）、將探測光源發出的探測光分成等光強的、呈等間距陣列分布的探測光束組，探測光束組經會聚后照射被測樣品表面，且探測光束組的每一束探測光均與泵浦光束組的每一束泵浦光對應在空間上重合；

（3）、由被測樣品出射的探測光束組進入光電探測器，通過測量表面熱形變引起的探測光束傳播特性的變化獲得材料表面特性的二維圖像。

所述的步驟1中經泵浦光衍射分光裝置后得到的泵浦光束組再經過調制器后，每一束泵浦光束的調制頻率各不相同，此泵浦光束組再經會聚后照射被測樣品表面；所述的用于檢測探測光的光電探測器為光電探測器陣列或一個光電探測器。

對經過空間濾波器的探測光束的檢測可以有兩種不同的方法，具體描述如下：

方法一：?對經過空間濾波器的探測光束組用一個光電探測器來進行檢測。這樣在單一光電探測器上或得的信號是整個探測光束組信號的疊加，是樣品上同時被測的多個區域信息的混合。?要想利用一個光電探測器實現二維成像，需要每一束探測光產生的信號在探測器上是可分辨的。。這可以通過對每一束泵浦光施加不同頻率的調制，再在探測端，利用鎖相檢測及頻率掃描技術，就可以把每一束泵浦光造成的表面熱形變信號（像素）分辨出來，從而不通過逐點掃描就可以獲得二維表面熱形變信號圖像。

方法二：對從空間濾波器陣列出射的探測光束陣列用光電探測器陣列來進行檢測，即每一束探測光分別對應進入一個光電探測器。這樣在每一個光電探測器上的信號對應樣品上每一點，從而無需對樣品進行掃描就可以獲得二維表面熱形變信號圖像。這種情況下泵浦光的調制頻率可以是相同的，也可以是不同的。在探測終端，利用并行處理電路來進行處理，就可以把每一束泵浦光造成的表面熱形變信號（像素）分辨出來。

所述的泵浦光源發射光路徑和探測光源發射光的路徑不同，所述的泵浦光束組經分色鏡一輸入端輸入后和所述的探測光束組經分色鏡另一輸入端輸入后均經分色鏡輸出端輸出，并經同一聚焦成像透鏡會聚后照射于被測樣品表面。

所述的步驟3中照射完被測樣品后的探測光束組反射到探測光聚焦透鏡后再經過空間濾波器和探測光濾光片，最后進入光電探測器。