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专利名称：材料微区结构变化动力学过程的检测装置和检测方法
技术领域：
本发明涉及光学检测领域，特别是一种材料微区结构变化动力学过程的检测装置和检测方法。
背景技术：
随着激光技术的发展，激光致材料结构发生变化应用越来越广泛，如集成电路、太阳能电池、光学器件等，材料结构变化的动力学过程也被越来越多地研究。在材料结构变化过程中，动力学过程和热力学过程相辅相成，热力学过程是指外界给材料一个使其发生结构变化的条件，动力学过程是指材料结构变化的动态过程，该过程的研究不仅有利于对材料性质有更深一步的了解，如材料晶态和非晶态的转化，还可以用于对材料某些参数的测量，如薄膜材料厚度的测量。目前一种常用的测量模型具有两路激光，一路激光垂直作用在样品表面，另一路激光斜入射，在样品表面上与第一路激光的作用范围重合，第二路激光经样品反射后由探测器接收，当第一路激光使材料结构发生变化时，第二路激光的光强发生变化，探测到的信号发生变化。但此方法不利于利用CCD观察两路激光的位置，为了使第二路激光能探测到结构变化，第一路激光的作用范围需较大，这往往要使样品表面偏离第一路激光的焦点位置，这就需要提高激光功率；再者，第一路激光作用在材料表面上之前，需要经过具有聚焦作用的透镜，为了不影响第二路激光传播，该透镜焦距不能太短，更不能使用数值孔径高的物镜，这需要进一步提高激光功率，并且需要较大的空间。为了解决上述问题，本发明提出了第一路激光和第二路激光同轴垂直入射到样品表面的方案，并且利用CCD可同时观察两路激光，可使这两路激光精确重合，样品不需离焦；本发明中，可用焦距较短的聚焦透镜或数值孔径较高的物镜对第一路激光进行聚焦，结构紧凑，提高激光的利用率。

发明内容
本发明的目的在于提供一种材料微区结构变化动力学过程的检测装置和方法，该装置可检测材料在激光作用下，结构发生变化的过程，也可观察材料在激光作用后，结构发生变化的结果。本发明的技术解决方案如下—种材料微区结构变化动力学过程检测装置，特点在于其构成包括输出波长为X1的激光的第一激光器，沿该第一激光器输出的激光主光束上依次是第一光谱分光镜、扩束镜、第二光谱分光镜，所述的第一光谱分光镜和第二光谱分光镜与主光束成45°放置；主光束经第二光谱分光镜反射，在该反射光方向依次是物镜和待测样品；所述的物镜固定在压电陶瓷上；所述的样品置于可在X轴和Y轴方向运动的二维运动平台上；具有输出波长为λ 2的激光的第二激光器输出的激光经偏振分光棱镜、四分之一波片入射到所述的第一光谱分光镜，经该第一光谱分光镜反射后沿所述的主光束前进，该激光经所述的样品反射后沿原路返回，经所述的偏振分光棱镜的反射，沿该反射光方向，依次是色散棱镜、第三光谱分光镜、小孔光阑、聚焦透镜和探测器；所述的第三光谱分光镜与波长为λ 2的激光的前进方向成45°放置；白光光源，该白光光源输出的白光经半透半反分光镜反射后，依次经过所述的第二光谱分光镜、物镜、样品，该白光经样品反射后沿原路返回，经所述的半透半反分光镜透射后达到CXD相机；所述的第一激光器的输入端与信号发生器的第一输出端连接；所述的信号发生器第二输出端和所述的探测器的输出端与示波器的输入端连接；所述的第二激光器、信号发生器、压电陶瓷、二维运动平移台的控制端都与计算机的输出端连接，所述的CXD相机和示波器的输出端与所述的计算机的输入端相连。所述的第二激光器发出的波长为λ 2的激光与所述的第一激光器发出的波长为 λ ！的激光在所述的样品的表面形成的光斑重合。所述的第二激光器发出的波长为λ 2的激光的偏振方向与所述偏振分光棱镜的透射光偏振方向一致.所述的色散棱镜的角度放置满足由所述的第一激光器发出的波长为λ工的激光在该色散棱镜的出射面上发生全反射，由所述的第二激光器发出的波长为λ2的激光在该色散棱镜的出射面上透过；所述的第一光谱分光镜对波长A1激光的透射率90%以上，对波长入2激光的反射率90%以上。所述的第二光谱分光镜对波长为X1的激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的反射率90%以上，对白光光源中其他波长的可见光透射率在50%以上。所述的第三光谱分光镜对波长为A1的激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的透射率90%以上。
所述的CCD相机不仅能够获得所述的白光光源照亮的所述的样品表面特征，而且能够获得由所述的第一激光器发出的波长为X1的激光和第二激光器发出的波长为入2的激光在所述的样品表面形成的光斑特征。利用所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置进行测量的方法，包括下列步骤①设置示波器信号接收模式所述的示波器的信号接收模式设置成上升沿脉冲触发模式，把所述的信号发生器发出的信号作为触发源，当信号发生器发出一个上升沿脉冲信号，所述的第一激光器发出波长为X1的激光，示波器记录此时由所述的探测器和信号发生器输入信号的数据；②利用CXD相机成像，寻找波长为λ工的激光的焦点位置所述的计算机控制所述的信号发生器发出低电平直流信号，该信号输出到所述的第一激光器，该激光器发出功率较低的波长为λ工的激光；同时计算机控制所述的第二激光器不发出激光；将所述的样品放置在所述的二维运动平台上，调整所述的样品垂直于主光轴方向，调节所述的二维运动平台，使样品的待测点位于所述的物镜正右方的焦点上；计算机控制所述的压电陶瓷的输入电压，使压电陶瓷在平行于主光轴方向产生微
6小位移，激光λ工经过物镜在样品表面形成的光斑的大小和亮度也发生变化；该光斑成像在所述的CCD相机上，计算机采集所述的CCD相机上的光斑的灰度信息，当光斑的灰度值最大，则所述的样品表面的待测点与波长为X1的激光经物镜形成的焦点重合；③测量材料微区结构变化的动力学过程所述的计算机设置所述的第二激光器的输入电压，使第二激光器发出波长为λ2 的激光，该输入电压为直流电压，该电压值决定第二激光器发出的波长为λ2的激光的功率；第二激光器发出波长为λ 2的激光的功率较低，保证在所述的样品表面不发生结构变化；该波长为λ 2的激光经样品反射后，形成带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为 λ 2的激光，被所述的探测器接收；调节所述的示波器的横轴的单位长度和纵轴的单位长度，使其在时间上和幅度上都可以显示的所需测量的波形；使示波器处于等待触发状态，调节触发电平，使其小于所需测量波形的高电平；根据测量要求，计算机设置所述的信号发生器输出信号的幅度、脉冲宽度，该信号的幅度决定所述的第一激光器发出波长为X1的激光的功率，该信号的脉冲宽度决定波长为λ i的激光与所述的样品的作用时间；计算机控制信号发生器发出脉冲，同时触发所述的第一激光器和示波器，第一激光器发出波长为X1的激光作用在样品上，所述的示波器同时记录此时的信号发生器发出脉冲波形和所述的探测器探测的经所述的样品反射回来的带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为λ2的激光的波形；信号发生器发出一个脉冲信号后，计算机控制所述的信号发生器关闭信号；所述的示波器将记录信号发生器发出的脉冲波形和所述的探测器所探测的经所述的样品反射回来的带有样品微区结构变化的动力学信息的波长为λ2的激光的波形送所述的计算机存储；④计算机设置二维运动平台的运动方向与运动距离，移动样品到一个新的待测位
置，利用CCD相机观察样品表面新的待测位置处是否有损伤，当没有损伤时，则进入步骤 ⑥；⑤当材料表面有损伤时，则继续控制二维平移台移动样品的位置，利用CCD相机观察样品表面新的待测位置处是否有损伤，直到没有损伤，进入步骤⑥；⑥重复步骤②和③，测量样品微区结构变化的动力学过程；⑦测量完成后，计算机绘制样品的微区结构变化曲线，可以得出材料微区结构变化的动力学过程。本发明的技术效果本发明采用激光X1和激光λ 2同轴入射到物镜，两路激光经物镜后在样品表面形成的光斑重合，这样的设计使探测位置更加精确，可以探测材料微区的结构变化；并且可以同时用CXD观察。本发明中利用CCD相机采集激光λ工经过物镜在样品表面形成的光斑信息，结合压电陶瓷的电致伸缩效应，调节样品与物镜之间的相对距离，直至光斑灰度最大处，即样品位于激光λ工经过物镜后的焦点上。这种方法的重复性高，人为误差少。本发明中利用色散棱镜把在光轴上重合的激光λ工和激光λ 2分开。激光λ工和激光λ 2进入色散棱镜后具有不同的偏转角，两路激光传播方向不同；在色散棱镜的出射面， 激光X1和激光λ 2具有不同的全反射角，调整色散棱镜角度可使激光λ工在该出射面上发生全反射，激光λ 2经该色散棱镜透射。与一般的滤光镜相比，这种方法可以完全消除激光 λ ！对探测结果的影响，提高测量的准确性。本发明中利用激光的偏振特性，提高激光的利用率。入射激光λ2的偏振方向调节至与偏振分光棱镜的透振方向一致，透射功率达到最高，反射功率降至最低；向前传播的激光λ2和反射回来的激光入2两次经过四分之一波片，激光入2的偏振方向变化至与初始偏振方向垂直，即与偏振分光棱镜的透振方向垂直，此时反射功率最高，透射功率降至最低。与一般半透半反镜相比，这种方法可以降低激光的损耗，在光强满足探测器探测要求的前提下，可以降低激光的功率，以免对材料结构造成影响。本发明采用的第一激光器发出激光λ工的功率和脉冲宽度可通过信号发生器同时调制，信号发生器发出信号的幅度和脉冲宽度分别决定激光λ ,的输出功率和脉冲宽度。不同的激光功率可以使才材料发生不同类型和不同程度的结构变化，如晶化、烧蚀等类型以及各自不同程度的变化，通过此可研究材料结构不同变化下的动力学过程；不同的激光脉冲宽度使材料发生结构变化的时间不同，通过此可研究材料发生结构变化的时间。


图1是本发明实现的材料微区结构变化动力学过程检测装置的光路结构图。图2是本发明实现不同激光功率下材料微区结构变化动力学过程的测量结果，图 2 (a)、(b)分别是在激光功率为4. 5mw和7mw时的测量结果。图3是本发明实现不同激光脉冲宽度下材料微区结构变化动力学过程的测量结果，图3(a)、(b)分别是在激光脉冲宽度为2. 5us和5us时的测量结果。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明。图1是本发明实现的材料微区结构变化动力学过程检测装置一个实施例的光路结构图。如图1所示，材料微区结构变化动力学过程检测装置包括3个部分第一部分是激光致材料微区发生变化的部分，第二部分是检测材料微区结构变化动力学过程的部分，第三部分是CCD观察部分。激光致材料微区发生变化的部分在其主光轴上依次包括输出激光波长λ工的第一激光器1、第一光谱分光镜2、扩束镜3、第二光谱分光镜4，经该光谱分光镜反射、主光轴转折90°后，依次是物镜6和样品7 ；所述的第一光谱分光镜2和第二光谱分光镜4与主光轴成45°放置；所述的物镜6固定在压电陶瓷5上；所述的样品7置于可在X轴和Y轴方向运动的二维运动平台8上。检测材料微区结构变化动力学过程的部分依次包括输出激光波长λ 2的第二激光器9、偏振分光棱镜10、四分之一波片11、所述的第一光谱分光镜2，经该光谱分光镜反射后沿主光轴前进，经过所述的扩束镜3、第二光谱分光镜4、物镜6、样品7，该激光经所述的样品7反射后沿原路返回，沿所述的偏振分光棱镜10的反射光输出方向输出，依次经过色散棱镜12、第三光谱分光镜13、小孔光阑14、聚焦透镜15和探测器16 ；所述的第三光谱分光镜13与激光λ2的前进方向成45°放置。所述的第二激光器9发出的激光λ2与第一激光器1发出的激光λ工在主光轴上重合，并且在所述的样品7表面形成的光斑重合；所述的第二激光器9发出的激光λ 2的偏振方向调节至与所述偏振分光棱镜10的透振方向一致，此时透射功率达到最高，激光λ 2两次经过所述的四分之一 11波片后，其偏振方向变化至与偏振分光棱镜10的透振方向垂直，此时反射功率最高；所述的色散棱镜12的角度放置满足由所述的第一激光器1发出的激光λ工在该色散棱镜12的出射面上发生全反射，由所述的第二激光器9发出的激光λ 2在该表面上不发生全反射。C⑶观察部分依次包括白光光源17、半透半反分光镜18，沿该半透半反分光镜18 的反射输出方向依次经过所述的第二光谱分光镜4、物镜6、样品7，白光经样品7反射后沿原路返回，沿所述的半透半反分光镜18的透射方向输出，到达CCD相机19。所述的CCD相机19不仅能够观察所述的白光光源17照亮的所述的样品7表面特征，而且能够观察由所述的第一激光器1发出的激光X1和第二激光器9发出的激光λ 2在所述的样品表面形成的光斑特征。所述的第一激光器1与信号发生器20连接；所述的信号发生器20、探测器16与示波器21连接；所述的第二激光器9、CXD相机19、信号发生器20、示波器21、压电陶瓷5、 二维运动平移台8与计算机22连接。所述的信号发生器20输出信号分为两路，分别输出到所述的第一激光器1和示波器21 ；所述的示波器21接收两路输入信号，分别来自所述信号发生器20和探测器16 ；所述的第一激光器1发出激光的功率参数与激光脉冲参数，由所述的信号发生器20发出的信号决定；所述的信号发生器20发出的信号参数和第二激光器 9发出激光的功率参数，由所述的计算机22控制。所述的第一光谱分光镜2对波长λ工的激光透射率90%以上，并且对波长λ 2的激光反射率90%以上；所述的第二光谱分光镜4对波长A1的激光反射率90%以上，对波长λ 2的激光反射率90%以上，对白光光源17中其他波长的可见光透射率在50%以上；所述的第三光谱分光镜13对波长λ工的激光反射率90%以上，并且对波长λ 2的激光透射率 90%以上。在本实施例中，第一激光器1选用激光波长为405nm的激光器，第二激光器9选用波长为660nm的激光器。实施例的具体操作步骤如下
①设置示波器信号接收模式示波器21的信号接收模式设置成上升沿脉冲触发模式，把信号发生器20发出的信号作为触发源，当信号发生器20发出一个上升沿脉冲信号时，第一激光器1发出波长为 405nm的激光，示波器21记录此时两路输入信号的数据。②利用CXD成像寻找激光λ工的焦点位置计算机22控制信号发生器20，发出低电平直流信号，该信号输出到第一激光器1， 该激光器发出功率较低的波长为405nm的连续激光，该激光不能造成样品7的结构发生变化；计算机22控制第二激光器9不发出激光；将样品7放置在二维运动平台8上，调整样品7垂直于主光轴方向的位置，使其位于物镜6正右方，调整样品7平行于主光轴方向的位置，使其位于405nm激光经物镜6后的焦平面附近；计算机22控制压电陶瓷5的输入电压，使压电陶瓷5在平行于主光轴方向产生微小位移，因为物镜6固定在压电陶瓷5上，所以物镜6与样品7之间的距离产生微小变化， 使得405nm激光经过物镜6在样品7表面形成的光斑的大小和亮度发生变化；405nm激光在样品7表面所形成的光斑成像在CCD相机19上，计算机22采集CCD相机19上的光斑灰度信息，当405nm激光在样品7表面聚焦时，光斑的灰度值最大，计算机22记录此最大灰度值；计算机22调整压电陶瓷5的输入电压，使光斑灰度值达到最大，此时405nm激光在样品 7表面聚焦。③测量材料微区结构变化的动力学过程通过计算机22设置第二激光器9的输入电压，使其发出波长为660nm的激光，该输入电压为直流电压，输出激光为连续激光，电压值决定第二激光器9发出激光的功率值； 第二激光器9发出激光功率较低，避免使样品7的结构发生变化；660nm激光经样品7反射后沿原路返回，最后被探测器16接收；调节示波器21的横轴即时间轴的单位长度和纵轴及幅度值的单位长度，使其在时间上和幅度上都可以显示的所需测量的波形；使示波器21处于等待触发状态，调节触发电平，使其小于所需测量波形的高电平；根据测量要求，通过计算机22设置信号发生器20输出信号的幅度和脉冲宽度，该信号的幅度决定第一激光器1发出的405nm激光的功率，该信号的脉冲宽度决定405nm激光与样品7的作用时间；计算机22控制信号发生器20发出脉冲，此时，第一激光器1发出 405nm激光作用在样品7上，同时，示波器21被触发，记录此时的两路波形；信号发生器20 发出一个脉冲信号后，计算机22控制其关闭信号；存储所测得的数据。④通过计算机22设置二维运动平台8的运动方向与运动距离，移动样品7到一新位置，利用CXD相机19观察此处样品表面是否有损伤，若没有损伤，则在此处重复步骤 ②③，改变405nm激光的脉冲宽度和功率，测量另一条件下的材料微区结构微区变化的动力学过程；若材料表面有损伤，则继续控制二维平移台8移动样品7位置，直到样品便面没有损伤处，重复步骤②③，测量另一条件下的材料微区结构变化的动力学过程。⑤图2为本发明测量不同激光功率下材料微区结构变化动力学过程一个实施例的测量结果，在本实施例样品为Sb2Te53，物镜6的数值孔径为0. 9，信号发生器20输出到第一激光器1的信号为脉冲宽度都是5ms的单个脉冲信号，图2(a)、图2(b)两种情况中，信号发生器20输出信号高电平分别为4. 0v、4. 5v，相应的激光功率分别为4. 5mw、7mw，低电平都是0ν，如曲线Vl所示；激光作用导致材料微区结构发生变化，其动力学过程如曲线V2所示。图2(a)中材料结构变化较不明显，由CCD观察，激光作用处材料表面为一白色点，材料发生晶化，未烧蚀；图2(b)中材料结构变化较明显，由CCD观察，激光作用处材料表面为一较大黑点，材料发生烧蚀。图3为本发明测量不同激光脉冲宽度下材料微区结构变化动力学过程一个实施例的测量结果，在本实施例样品为Sb2Te3，物镜6的数值孔径为0. 9，信号发生器20输出到第一激光器1的信号为高电平都是4. 9v的单个脉冲信号，相应的激光功率为lOmw，低电平都是Ov，图3(a)、图3(b)两种情况中，信号发生器20输出信号脉冲宽度分别为2. 5us、 5. Ous，如曲线Vl所示；激光作用导致材料微区结构发生变化，其动力学过程如曲线V2所示。由曲线可以得出，材料微区结构不是在受到激光照射的同时发生变化，而是在大约 200ns后，结构发生变化；并且，在材料微区结构发生一定变化后，即使激光继续照射，微区结构不再发生变化，如图3(b)所示，激光继续照射，材料结构不再发生变化。前面所述的实施例是示范性的，不应以此限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种材料微区结构变化动力学过程检测装置，特征在于其构成包括输出激光波长X1的第一激光器(1)，沿该第一激光器(1)输出的激光主光束上依次是第一光谱分光镜O)、扩束镜(3)、第二光谱分光镜G)，所述的第一光谱分光镜( 和第二光谱分光镜(4)与主光束成45°放置；主光束经第二光谱分光镜(4)反射，在该反射光方向依次是物镜(6)和待测样品(7)；所述的物镜(6)固定在压电陶瓷(5)上；所述的样品 (7)置于可在X轴和Y轴方向运动的二维运动平台(8)上；具有输出波长为λ 2的激光的第二激光器(9)输出的激光经偏振分光棱镜(10)、四分之一波片(11)入射到所述的第一光谱分光镜O)，经该第一光谱分光镜( 反射后沿所述的主光束前进，该激光经所述的样品(7)反射后沿原路返回，经所述的偏振分光棱镜(10) 的反射，沿该反射光方向，依次是色散棱镜(12)、第三光谱分光镜(13)、小孔光阑(14)、聚焦透镜(1 和探测器(16)；所述的第三光谱分光镜(1 与波长为λ 2的激光的前进方向成45°放置；白光光源(17)，该白光光源(17)输出的白光经半透半反分光镜(18)反射后，依次经过所述的第二光谱分光镜(4)、物镜(6)、样品(7)，该白光经样品(7)反射后沿原路返回，经所述的半透半反分光镜(18)透射后达到CCD相机(9 ；)所述的第一激光器(1)的输入端与信号发生器00)的第一输出端连接；所述的信号发生器00)第二输出端和所述的探测器(16)的输出端与示波器的输入端连接；所述的第二激光器(9)、信号发生器OO)、压电陶瓷( 、二维运动平移台(8)的控制端都与计算机 (22)的输出端连接，所述的CCD相机(19)和示波器的输出端与所述的计算机02)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光，与所述的第一激光器(1)发出的波长为X1的激光在所述的样品(7)的表面形成的光斑重合。
3.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光的偏振方向与所述偏振分光棱镜(10)的透射光偏振方向一致.
4.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的色散棱镜(1 的角度放置满足由所述的第一激光器(1)发出的波长为λ工的激光在该色散棱镜的出射面上发生全反射，由所述的第二激光器(9)发出的波长为λ 2的激光在该色散棱镜的出射面上透过；
5.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第一光谱分光镜( 对波长A1激光的透射率90%以上，对波长λ2激光的反射率90%以上。
6.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第二光谱分光镜(4)对波长为A1的激光的反射率90%以上，对波长为λ 2的激光的反射率90%以上，对白光光源(17)中其他波长的可见光透射率在50%以上。
7.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的第三光谱分光镜(1 对波长为A1W激光的反射率90%以上，对波长为λ2的激光的透射率90%以上。
8.根据权利要求1所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置，其特征在于所述的 CCD相机(19)不仅能够获得所述的白光光源(17)照亮的所述的样品(7)表面特征，而且能够获得由所述的第一激光器(1)发出的波长为X1的激光和第二激光器(9)发出的波长为 λ 2的激光在所述的样品(7)表面形成的光斑特征。
9.利用所述的材料微区结构变化动力学过程检测装置进行测量的方法，其特征在于包括下列步骤①设置示波器信号接收模式所述的示波器的信号接收模式设置成上升沿脉冲触发模式，把所述的信号发生器OO)发出的信号作为触发源，当信号发生器OO)发出一个上升沿脉冲信号，所述的第一激光器(1)发出波长为X1的激光，示波器记录此时由所述的探测器(16)和信号发生器OO)输入信号的数据；②利用CXD相机(19)成像，寻找波长为λi的激光的焦点位置所述的计算机0 控制所述的信号发生器OO)发出低电平直流信号，该信号输出到所述的第一激光器(1)，该激光器发出功率较低的波长为λ工的激光；同时计算机0 控制所述的第二激光器(9)不发出激光；将所述的样品(7)放置在所述的二维运动平台(8)上， 调整所述的样品(7)垂直于主光轴方向，调节所述的二维运动平台(8)，使样品(7)的待测点位于所述的物镜(6)正右方的焦点上；计算机0 控制所述的压电陶瓷( 的输入电压，使压电陶瓷( 在平行于主光轴方向产生微小位移，激光入工经过物镜(6)在样品(7)表面形成的光斑的大小和亮度也发生变化；该光斑成像在所述的CCD相机(19)上，计算机0 采集所述的CCD相机(19)上的光斑的灰度信息，当光斑的灰度值最大，则所述的样品(7)表面的待测点与波长为X1的激光经物镜(6)形成的焦点重合；③测量材料微区结构变化的动力学过程所述的计算机(2 设置所述的第二激光器(9)的输入电压，使第二激光器(9)发出波长为λ2的激光，该输入电压为直流电压，该电压值决定第二激光器(9)发出的波长为λ2 的激光的功率；第二激光器(9)发出波长为λ 2的激光的功率较低，保证在所述的样品(7) 表面不发生结构变化；该波长为λ 2的激光经样品(7)反射后，形成带有样品(7)微区结构变化的动力学信息的波长为λ 2的激光，被所述的探测器(16)接收；调节所述的示波器的横轴的单位长度和纵轴的单位长度，使其在时间上和幅度上都可以显示的所需测量的波形；使示波器处于等待触发状态，调节触发电平，使其小于所需测量波形的高电平；根据测量要求，计算机0 设置所述的信号发生器00)输出信号的幅度、脉冲宽度， 该信号的幅度决定所述的第一激光器(1)发出波长为X1的激光的功率，该信号的脉冲宽度决定波长为λ工的激光与所述的样品(7)的作用时间；计算机02)控制信号发生器00) 发出脉冲，同时触发所述的第一激光器(1)和示波器(21)，第一激光器(1)发出波长为X1 的激光作用在样品(7)上，所述的示波器同时记录此时的信号发生器00)发出脉冲波形和所述的探测器(16)探测的经所述的样品(7)反射回来的带有样品(7)微区结构变化的动力学信息的波长为λ 2的激光的波形；信号发生器00)发出一个脉冲信号后，计算机0 控制所述的信号发生器00)关闭信号；所述的示波器将记录信号发生器OO)发出的脉冲波形和所述的探测器(16)所探测的经所述的样品(7)反射回来的带有样品(7) 微区结构变化的动力学信息的波长为λ 2的激光的波形送所述的计算机02)存储；④计算机0 设置二维运动平台(8)的运动方向与运动距离，移动样品(7)到一个新的待测位置，利用CCD相机(19)观察样品(7)表面新的待测位置处是否有损伤，当没有损伤时，则进入步骤⑥；⑤当材料表面有损伤时，则继续控制二维平移台(8)移动样品(7)的位置，利用CCD相机(19)观察样品(7)表面新的待测位置处是否有损伤，直到没有损伤，进入步骤⑥；⑥重复步骤②和③，测量样品(7)微区结构变化的动力学过程；⑦测量完成后，计算机绘制样品(7)的微区结构变化曲线，可以得出材料微区结构变化的动力学过程。
全文摘要
一种材料微区结构变化动力学过程检测装置和方法，该装置具有两路激光，第一路激光与材料发生作用，使材料微区结构发生变化，第二路激光探测该结构变化的动力学过程。本发明中利用CCD成像的方法和压电陶瓷实现自动调节样品至第一路激光的焦点位置处，利用高数值孔径的物镜，以得到微小区域的结构变化；两路激光同轴并且垂直入射到样品表面，利用CCD同时观察两路激光在样品表面形成的光斑，可使这两路激光的光斑精确重合，有利于探测更小区域结构变化的动力学过程；利用偏振分光棱镜和四分之一波片提高激光的利用率，利用色散棱镜和全反射原理使同轴的两路激光完全分离，去除非探测光的影响，提高探测精度。
文档编号G01N21/84GK102262091SQ20111009051
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者马晓晴, 魏劲松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所