[發(fā)明專利]一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測裝置及檢測方法

在審

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• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112611746A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張健;陳堅;周海峰;吳周令
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥利弗莫爾儀器科技有限公司
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G01J5/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕

本發(fā)明公開了一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測裝置及檢測方法，吸收光譜檢測裝置包括有泵浦光源、紅外空間濾波裝置、紅外鏡頭、紅外信號探測裝置和鎖相放大器，紅外鏡頭連接于紅外信號探測裝置上，泵浦光源和紅外鏡頭均朝向待測樣品的表面，紅外空間濾波裝置位于待測樣品和紅外鏡頭之間，紅外信號探測裝置的輸出端與鎖相放大器連接。本發(fā)明基于光熱弱吸收測量技術(shù)和鎖相紅外探測技術(shù)，可以直接測量樣品的吸收光譜，克服了通過測量樣品的反射率與透過率而間接測量弱吸收率的問題和材料吸收率檢測靈敏度低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)無損檢測領(lǐng)域，具體是一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)

對材料的合理運用可加速工業(yè)的發(fā)展，材料質(zhì)量的優(yōu)劣影響其應(yīng)用，所以材料的檢測技術(shù)也成為重點研究內(nèi)容。材料的檢測可通過對材料吸收光譜的檢測分析，來得出材料的相關(guān)物理特性。測量材料吸收光譜的方法通常有：分光光度法和光熱檢測法。分光光度法，通過測量透射率和反射率來推算吸收率。這種方法的吸收率檢測精度通?？梢赃_(dá)到10^-3,不適用于弱吸收材料的測量，而且沒有考慮材料散射的影響?；诩す庹T導(dǎo)光熱效應(yīng)的光熱檢測技術(shù)是測量弱吸收比較有效的方法，且吸收率的檢測靈敏度可以達(dá)到10^-7-10^-8。

最常見的光熱檢測方式是采用泵浦探測技術(shù)，即利用聚焦泵浦光對材料微小區(qū)域激發(fā)產(chǎn)生光熱效應(yīng)，再利用一束探測激光去探測。這種方法對單一波長或幾個波長的檢測比較便捷有效。但是對于寬波段的光譜測量，存在一定的局限。主要原因是：一方面，檢測靈敏度與泵浦光斑和探測光斑的尺寸大小以及相對位置有密切關(guān)系；另一方面，在采用寬波段光源時，當(dāng)波長發(fā)生變化時，泵浦光斑也會發(fā)隨之變化，從而導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確，需要不斷進(jìn)行校正，使得檢測過程變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測裝置及檢測方法，基于光熱弱吸收測量技術(shù)和鎖相紅外探測技術(shù)，可以直接測量樣品的吸收光譜，克服了通過測量樣品的反射率與透過率而間接測量弱吸收率的問題和材料吸收率檢測靈敏度低的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測裝置，包括有泵浦光源、紅外空間濾波裝置、紅外鏡頭、紅外信號探測裝置和鎖相放大器，所述的紅外鏡頭連接于紅外信號探測裝置上，所述的泵浦光源和紅外鏡頭均朝向待測樣品的表面，所述的紅外空間濾波裝置位于待測樣品和紅外鏡頭之間，所述的紅外信號探測裝置的輸出端與鎖相放大器連接。

所述的泵浦光源為寬波段光源。

所述的泵浦光源和待測樣品之間順次設(shè)置有功率調(diào)節(jié)裝置、光調(diào)制裝置、光束整形裝置和聚焦裝置。

所述的吸收光譜檢測裝置還包括有用于固定待測樣品并帶動待測樣品進(jìn)行平移的樣品掃描運動裝置。

一種對于材料微區(qū)的吸收光譜檢測方法，首先由泵浦光源發(fā)出的光束經(jīng)調(diào)制聚焦到待測樣品表面上，待測樣品吸收泵浦光能量后，引起溫度升高產(chǎn)生紅外輻射信號，紅外輻射信號經(jīng)過紅外空間濾光裝置后，被紅外鏡頭捕捉并進(jìn)入紅外信號探測裝置,通過紅外信號探測裝置后進(jìn)入鎖相放大器，分析紅外信號獲得待測樣品的吸收率。

本發(fā)明的優(yōu)點：

本發(fā)明包含了光熱弱吸收測量技術(shù)和鎖相紅外探測技術(shù)。光熱弱吸收檢測技術(shù)基本原理：利用一束泵浦激光來輻照樣品表面，樣品對泵浦光束能量的吸收會在樣品表面和內(nèi)部的某一微小區(qū)域產(chǎn)生表面熱變形、折射率變化等一系列的物理現(xiàn)象，當(dāng)另一束探測激光經(jīng)過此熱形變區(qū)域，這束激光的傳播特性會發(fā)生變化，通過對探測光的傳播特性的變化進(jìn)行檢測分析，就可以獲得樣品的吸收特性；鎖相紅外探測技術(shù)是利用紅外鏡頭捕捉紅外輻射信號，紅外探測器通過鎖相放大器可直接獲取樣品吸收信號。