[發明專利]金屬材料表層電子信息無損檢測裝置和檢測方法

在審

• 申請號: 201710326328.6
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN106990051A
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 袁偉;邢昕;劉征征;施童超;杜鵑;冷雨欣
• 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: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/55
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31317
• 代理人: 張寧展

1.一種金屬材料表面電子信息無損檢測裝置，特征在于其包括：第一分束片(1)、第一反射鏡(2)、第一可變中性密度濾波片(3)、第二分束片(4)、第二反射鏡(5)、第三反射鏡(6)、電動平移臺(7)、第四反射鏡(8)、第二可變中性密度濾波片(9)、第五反射鏡(10)、拋物面鏡(11)、供樣品放置的樣品架(12)，第一凸透鏡(13)、多通道鎖相放大器(14)、第二凸透鏡(15)、光束質量監測系統(16)、計算機(17)和遮光套筒(18)，所述的第二反射鏡(5)和第三反射鏡(6)互相垂直地置于所述的電動平移臺(7)上構成光束延時裝置；

入射激光經過第一分束片分為透射光與反射光，所述的反射光經過第一反射鏡反射后進入第一中性密度濾波片，透過第一中性密度濾波片后進入第二分束片，第二分束片將入射光分為反射光部分和透射光，其反射光部分經過第二凸透鏡聚焦后由光束質量監測系統監測，其透射光部分作為泵浦光經過拋物面鏡反射后照射所述的樣品表面，其反射光進入遮光套筒，所述的光束質量監測系統與所述的計算機相連；

所述的透射光作為探測光，經過所述的光束延時裝置、第四反射鏡進入第二可變中性密度濾波片，再經過第五反射鏡、拋物面鏡反射進入樣品表面，其反射光經過所述的第一凸透鏡聚焦進入多通道鎖相放大器；所述的多通道鎖相放大器、電動平移臺與計算機相連并受計算機控制，所述的計算機通過多通道鎖相放大器獲取探測光反射率信息。

2.根據權利要求1所述的金屬材料表面電子信息無損檢測裝置，其特征在于所述的第一分束片的分束比為1:9，以確保探測光能量占泵浦光能量百分比在5％至10％之間。

3.利用權利要求1所述的金屬材料表面電子信息無損檢測裝置進行的金屬材料表面電子信息的檢測方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

①根據待測金屬材料的工作波段確定探測光的波長范圍，根據鎖相放大器通道數將探測光按波長等分為若干波長份數，波長份數與所述的鎖相放大器的通道數相同；

②調節所述的中性密度濾波片，確定泵浦光與探測光能量，利用計算機控制所述的電動平移臺，使泵浦光的光程與探測光的光程同步，掃描之前首先用計算機保存探測光光譜作為基底光譜，通過計算機確定掃描次數和每次掃描之間的時間間隔并定義為t,t最小可達0.1fs；每次掃描所述的多通道鎖相放大器獲得的探測光光譜信息并輸入計算機，每次掃描后計算機通過控制電動平移臺在延遲光路增加時間t的時間延遲，這樣，所有掃描完成后便可以獲得在泵浦光作用下探測光的實時光譜信息，最小時間間隔為t，利用計算機控制光束質量監測系統，可實時監測光束質量；

③將每次掃描獲得的光譜信息與基底光譜信息進行對比，獲得探測光的反射率的變化信息，從而獲得泵浦光作用后不同波長的探測光反射率隨時間的變化信息；做出以波長、延遲時間為自變量，反射率變化為因變量的二維反射率變化圖；

④對所述的二維反射率變化圖進行判斷：

如果從二維反射率變化圖中獲取的信息顯示探測光的反射率變化值沒有減小的趨勢，即可認為材料表面受到損壞；

如果反射率變化隨時間變小，可認為金屬材料并未受到損傷；

若反射率變化的峰值隨著時間的變化而發生變化，則說明金屬材料能級間產生了中間電子缺陷態，能級間的電子缺陷態對金屬材料的性能有著顯著的影響；

⑤通過平移中性密度濾波片調節激光入射至濾波片的位置，保持探測光能量不變，改變泵浦光能量，重復步驟①至④，獲得不同泵浦光能量下探測光反射率的變化；

⑥對比不同泵浦光能量下探測光的反射率變化信息：

若探測光反射率變化隨著能量變化呈現線性變化，這說明金屬材料表面電子通過線性吸收，即單光子吸收方式獲取光子能量；

若呈現非線性變化，說明電子通過非線性離化方式，即多光子吸收方式進行能帶之間的躍遷。

4.根據權利要求3所述的金屬材料表面電子信息無損檢測的方法，其特征在于所述的計算機調節電動平移臺實現探測光光路與泵浦光光路的光程的同步調節精度為0.1微米。