[發(fā)明專利]一種光熱放大光譜檢測裝置和檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610118466.0
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105738304B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王歡
• 申請（專利權(quán)）人: 南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/55
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 張曉霞

一種光熱放大光譜檢測裝置及檢測方法，檢測裝置主要包括泵浦激光器、檢測激光器、檢測腔體、針孔光強(qiáng)探測器以及信號調(diào)制、放大、采集分析等裝置。檢測時(shí)將泵浦光照射到待測薄膜上，待測薄膜吸收泵浦光產(chǎn)生熱量，其表面吸熱形成凸起；檢測光在待測薄膜的凸起處反射時(shí)被擴(kuò)束，使用針孔光強(qiáng)探測器探測反射光的光強(qiáng)；本發(fā)明檢測裝置在檢測腔體內(nèi)加入兩個(gè)反射鏡，兩個(gè)反射鏡與反射型的待測薄膜組成三角形的光學(xué)環(huán)路，檢測光經(jīng)過反射在光學(xué)環(huán)路中循環(huán)，反復(fù)在待測薄膜的凸起位置反射擴(kuò)束放大，增大檢測腔體出射光的光密度變化，提高了光熱放大光譜檢測的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光譜檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光熱放大光譜檢測裝置，特別適用于反射型光學(xué)薄膜檢測。本發(fā)明還涉及光熱放大光譜檢測方法。

背景技術(shù)

光學(xué)薄膜是光學(xué)系統(tǒng)中不可或缺的基本元件，它的性能影響著整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的性能，它的很大一部分損傷來自于薄膜吸收，因此研究光學(xué)薄膜吸收損耗，對薄膜損傷機(jī)理的研究非常重要。目前，激光量熱技術(shù)和表面熱透鏡技術(shù)(光熱放大技術(shù))等光熱技術(shù)已成功應(yīng)用于光學(xué)薄膜微弱吸收測量領(lǐng)域。現(xiàn)有的光熱放大光譜檢測技術(shù)通常將一束可由待測薄膜吸收的泵浦光照射到待測薄膜上，待測薄膜吸收泵浦光產(chǎn)生熱量，其表面由于吸熱而隆起一個(gè)高度，形成凸起；再將一束檢測光通過入射至該待測薄膜上的凸起處，檢測光反射后被擴(kuò)束，使反射光的光密度下降，探測反射光的光強(qiáng)變化來獲得待測薄膜損傷程度的檢測結(jié)果。

通常的光熱放大光譜檢測裝置由泵浦光源、檢測光源、檢測腔體、光強(qiáng)探測器等構(gòu)成，待測薄膜放置在檢測腔體中，泵浦光源發(fā)出泵浦光照射待測薄膜，檢測光源發(fā)出的檢測光自待測薄膜反射后由光強(qiáng)探測器檢測光強(qiáng)；檢測裝置一般還包括采集分析檢測信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊和電腦主機(jī)以及為提高檢測靈敏度的信號調(diào)制、放大等輔助裝置。

現(xiàn)有的通過光熱放大檢測薄膜的技術(shù)還存在檢測靈敏度不夠高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有更高靈敏度的光熱放大光譜檢測裝置及檢測方法。

本發(fā)明檢測裝置的技術(shù)方案為：

一種光熱放大光譜檢測裝置，包括泵浦激光器、檢測激光器、檢測腔體、針孔光強(qiáng)探測器、放大器模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和電腦主機(jī)；其中：

所述檢測腔體中設(shè)置有樣品臺(tái)，待測薄膜放置于所述樣品臺(tái)上；所述泵浦激光器發(fā)射待測薄膜可吸收的泵浦光，所述檢測激光器發(fā)射待測薄膜不可吸收的檢測光；所述泵浦光耦合入檢測腔體內(nèi)并照射在所述待測薄膜上；所述針孔光強(qiáng)探測器設(shè)置在檢測腔體的出射光路中，與所述放大器模塊連接；放大器模塊通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與電腦主機(jī)連接；所述檢測腔體中包含第一反射鏡和第二反射鏡，二反射鏡對所述檢測光部分透射部分反射，二反射鏡布置于樣品臺(tái)上方兩側(cè)，設(shè)置二反射鏡與待測薄膜表面組成反射環(huán)路；所述檢測光由第一反射鏡入射檢測腔體后在所述環(huán)路中循環(huán)反射，檢測腔體內(nèi)的光束透射第二反射鏡出射。

優(yōu)選地，作為對所述檢測光部分透射部分反射的反射鏡，所述第一反射鏡和第二反射鏡對檢測光的反射率限制在大于10％且小于100％的范圍。

優(yōu)選地，所述檢測光的光功率大于1mW，為避免通過透射第一反射鏡耦合入檢測腔體內(nèi)的檢測光太弱而無法檢測到信號。

優(yōu)選地，所述檢測腔體內(nèi)還設(shè)置有聚焦透鏡，泵浦光通過聚焦透鏡耦合入檢測腔體內(nèi)。

優(yōu)選地，所述第二反射鏡和針孔光強(qiáng)探測器之間設(shè)置濾光片，所述濾光片對泵浦光吸收，對檢測光高透。通過濾光片濾除泵浦光，使針孔光強(qiáng)探測器僅探測到檢測腔體出射光中的檢測光部分。

優(yōu)選地，所述檢測裝置還包括用于歸一化信號的分束器和光強(qiáng)探測器，以消除由于泵浦光功率波動(dòng)而引起的測量誤差；所述分束器設(shè)置于泵浦光光路中，分束器的分束光路中設(shè)置所述光強(qiáng)探測器，光強(qiáng)探測器通過所述A/D轉(zhuǎn)換模塊與電腦主機(jī)連接。