[發明專利]基于駐波激發瞬態體光柵效應的材料特性檢測方法及裝置

有效

• 申請號: 201210468840.1
• 申請日: 2012-11-20
• 公開（公告）號: CN102944518A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 吳周令;陳堅;黃明
• 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

本發明涉及激光激發瞬態光柵效應及其應用領域，具體是一種基于駐波激發瞬態體光柵效應的材料特性檢測方法及裝置。

背景技術

激光激發瞬態光柵技術（the?laser-induced?transient?grating?technique）廣泛用于各類材料的特性研究和分析，特別是材料光熱響應、光聲效應、馳豫及輸運特性、以及非線性光學特性等的研究和分析。

激光激發瞬態光柵技術的基本原理可以描述如下：兩束相干激光束（通常稱泵浦光）在材料表面或內部重疊，由于光學干涉效應，在兩束光的重疊區域將產生周期性的光強分布；這種周期性的光強分布在與材料相互作用時將對材料特性產生周期性的空間調制；這種周期性的空間調制將對入射其中的第三束光（通常稱探測光）產生衍射效應；通過檢測和分析探測光的衍射效應就能獲得材料的相關特性。

根據泵浦光與被測材料相互作用的不同原理及其具體的檢測方法，激光激發瞬態光柵技術可用來分析材料的光熱特性、光聲相應、馳豫及輸運特性、以及非線性光學特性等。

現有的激光誘導瞬態光柵技術根據泵浦光的特性可大體上分為兩大類。第一類是利用光強調制的連續激光來作為泵浦光，利用材料的光學吸收而產生的光熱效應或者半導體材料的光激發載流子效應等而獲得與泵浦光空間分布相對應的瞬態光柵。該方法的優點是可以利用鎖相技術對探測光的衍射效應進行檢測和分析，信噪比好，檢測靈敏度高。

第二類是利用脈沖激光來作為泵浦光。當利用脈沖激光來作為泵浦光時，材料的光學吸收、半導體材料的光激發載流子效應、以及材料的光學折射率非線性效應等都可以產生瞬態光柵效應。具體應用時根據具體的材料特征和實驗條件，可以用一種或多種物理模型來對結果進行模擬和分析，從而獲得被測材料的相關特性。

不管是利用光強調制的連續激光還是利用脈沖激光作為泵浦光源，在已有的激光激發瞬態光柵技術中，瞬態光柵都是通過兩束相干激光的干涉而形成的。這種方法先要把一束相干的激光一分為二，再通過一套光學裝置讓這兩束光在樣品表面或內部重疊，產生干涉效應。這種方法的優點是瞬態光柵的周期可以通過調整兩束光的角度來進行調整，在測量時具有較強的靈活性；缺點是光路相對較為復雜，光路調整誤差對光柵特性影響較大，從而在實際應用中不利于檢測系統的穩定性、可靠性以及微型化。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于駐波激發瞬態體光柵效應的材料特性檢測方法及裝置，其具有光路簡單、光柵特性穩定等特點，在實際應用中將有利于相關分析檢測儀器的系統集成和微型化，獲得更好的可靠性和穩定性。

本發明的技術方案為：

基于駐波激發瞬態體光柵效應的材料特性檢測方法，包括以下步驟：

（1）、首先用泵浦光源相對被測樣品表面發射泵浦光束，泵浦光束進入被測樣品內部最終從被測樣品背面出射，出射后的泵浦光束經設置于被測樣品背面后端的反射裝置反射重新進入被測樣品內部與初始入射的泵浦光束重疊，在重疊區域內由于光學干涉效應形成駐波，產生周期性的光強分布，這種周期性的光強分布在與被測樣品材料相互作用時將對被測樣品材料特性產生周期性的空間調制，形成瞬態體光柵；

（2）、由探測光源發出的探測光束以與瞬態體光柵法線成一定角度的方向入射到被測樣品內部并在被測樣品內部瞬態體光柵區域產生衍射效應，入射的探測光束一部分將被衍射，一部分直接透射，即最終探測光束被分成衍射光束和透射光束；

（3）、通過檢測衍射光束或透射光束的強度、位相以及其隨時間的變化獲得被測樣品材料的相關特性。

所述的泵浦光束為光強調制的連續光或是脈沖光。

所述的探測光束從被測樣品表面或被測樣品側面入射到被測樣品內部。

基于駐波激發瞬態體光柵效應的材料特性檢測裝置，包括有泵浦光源、探測光源和相對被測樣品背面設置的反射裝置。

所述的材料特性檢測裝置還包括有順次設置于泵浦光源和被測樣品表面之間的泵浦光濾波擴束準直系統、浦光束位置調整系統和泵浦光聚焦透鏡，順次設置于探測光源和被測樣品表面或一側面之間的探測光濾波擴束準直系統、探測光束位置調整系統和探測光聚焦透鏡，以及設置于被測樣品背面和反射裝置之間的泵浦光準直透鏡。

所述的反射裝置包括有反射鏡裝夾調整裝置和設置于反射鏡裝夾調整裝置上的高反射率鏡。

所述的材料特性檢測裝置還包括有順次設置于被測樣品背面或另一側面后端的探測光準直透鏡、探測光束調整透鏡、探測光空間濾波器、探測光濾光片和光電探測器。