CN211576103U - 基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，包括有分别朝向被测样品表面的泵浦光源、探测光源、光电探测器和波长可调谐光源，波长可调谐光源和被测样品之间顺次设置有可调谐光源分束装置、可调谐光源聚焦装置、光束准直装置和参考镜，干涉光聚焦装置朝向可调谐光源分束装置，从参考镜表面和被测样品表面反射回去的光发生干涉，干涉光依次通过光束准直装置、可调谐光源聚焦装置、可调谐光源分束装置、干涉光聚焦装置后进入干涉光强探测装置。本实用新型把波长移相干涉方法和光诱导表面热变形方法相结合，能够实现材料由于吸收光能量所引起的表面热变形量的定量检测标定，且测量过程简单快速，易于推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学材料检测领域，具体是一种基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置。
背景技术
材料表面在光照射下，吸收光能量导致局部温度升高，从而发生表面变形，这个效应又被称为“光诱导表面热变形”效应。由于所产生的表面热变形的大小和材料的光学吸收、热膨胀系数、热导率等特性相关，因此也经常被用来作为一种测量材料吸收率、热导率等参数的方法。以测量材料吸收率为例，该方法的基本原理是，利用一束光（通常是激光）照射待测样品表面，材料吸收光能量后产生表面热形变，这相当于在样品表面新增加了一个“透镜”，所以这个效应又称为表面热“透镜”效应。由于这个新增的热“透镜”，从材料表面反射出来的光的传播特性会发生变化，产生会聚或发散效应。利用一束探测光可以对这种表面热形变进行测量。比如，在反射回来的探测光光路中加入一个空间滤波器，经过空间滤波器后到达探测器的探测光能量会因为表面热形变对探测光的会聚或发散效应而变化。 吸收越大, 测到的信号也越大。在一定的泵浦激光功率范围内，吸收与测量的光热信号呈线性关系。利用这种方法对表面吸收的检测灵敏度可以达到10-8，特别适合用于弱吸收材料的检测分析。但是，利用这种方法对材料表面吸收率进行精确定量测量时需要定标，一般是通过制作定标样品来实现，即预先制作一个吸收率已知的样品，通过比对待测样品和定标样品的光热信号来获取待测样品的吸收率数值。这种方法有一定的局限，需要定标样品和待测样品具有相同的热物理特性，因此，对不同类别的待测样品就需要分别制作不同的定标样品，不利于该方法的推广应用。
由于表面热变形与材料的吸收、热导率、热膨胀系数等热物理参数等有关，如果可以对所引起的表面热变形量直接进行测量，就可以直接获得待测样品的吸收率、热导率、热膨胀系数等参数，不需要再使用定标样品，从而简化了测量过程。
对弱吸收材料，激光诱导引起的表面热变形很小，一般在亚微米、甚至纳米级。干涉测量技术是一种测量物体表面面形的常用技术，特别是菲索型干涉仪，具有很高的面形测量精度。一般的菲索型干涉仪在测量过程中，采用机械移相方式来实现测量光束相位的精细调节。这种移相方式，由于硬件移动所引起的误差，从而使测量精度受到限制。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，解决了传统光诱导表面热变形测量方法需要针对不同类型的样品分别制作定标样品，从而导致测量过程复杂、不利于推广应用的问题。
本实用新型的技术方案为：
基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，包括有分别朝向被测样品表面的泵浦光源、探测光源、光电探测器和波长可调谐光源，所述的泵浦光源和被测样品之间设置有泵浦光聚焦装置，所述的探测光源和被测样品之间设置有第一探测光聚焦装置，所述的光电探测器和被测样品之间设置有第二探测光聚焦装置，所述的波长可调谐光源和被测样品之间顺次设置有可调谐光源分束装置、可调谐光源聚焦装置、光束准直装置和参考镜，干涉光聚焦装置朝向可调谐光源分束装置，从参考镜表面和被测样品表面反射回去的光发生干涉，干涉光依次通过光束准直装置、可调谐光源聚焦装置、可调谐光源分束装置、干涉光聚焦装置后进入干涉光强探测装置。
所述的泵浦光源和泵浦光聚焦装置之间设置有泵浦光束调制装置。
所述的第二探测光聚焦装置和光电探测器之间顺次设置有探测光分束装置、探测光空间滤光装置和滤光装置。
所述的第二探测光聚焦装置和光电探测器之间的光路设置有探测光功率监测装置。
所述的被测样品表面反射的泵浦光由泵浦光收集装置收集。
本实用新型的优点：
本实用新型对光诱导引起的光热表面变形测量标定是通过基于波长移相的菲索干涉测量方法来实现，把波长移相干涉方法和光诱导表面热变形方法相结合，采用波长可调谐激光作为光源，通过连续改变其波长起到移相器的作用，不再需要推动硬件实现移相，大大简化了干涉测量系统的机械结构，并且在测量中,系统的机械部分保持不动,消除了由于硬件移动而引起的误差,进一步提高了测量标定的精度。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
见图1，基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，包括有分别朝向被测样品4表面的泵浦光源1、探测光源6、光电探测器13和波长可调谐光源14，被测样品4表面反射的泵浦光由泵浦光收集装置5收集，泵浦光源1和被测样品4之间顺次设置有泵浦光束调制装置2和泵浦光聚焦装置3，探测光源6和被测样品4之间设置有第一探测光聚焦装置7，被测样品4和光电探测器13之间顺次设置有第二探测光聚焦装置8、探测光分束装置9、探测光空间滤光装置11和滤光装置12，第二探测光聚焦装置8和光电探测器13之间的光路设置有探测光功率监测装置10，波长可调谐光源14和被测样品4之间顺次设置有可调谐光源分束装置15、可调谐光源聚焦装置16、光束准直装置17和参考镜18，干涉光聚焦装置19朝向可调谐光源分束装置15，从参考镜18表面和被测样品4表面反射回去的光发生干涉，干涉光依次通过光束准直装置17、可调谐光源聚焦装置16、可调谐光源分束装置15、干涉光聚焦装置19和20后进入干涉光强探测装置21。
基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定方法，包括有以下步骤：首先被测样品4在未产生表面热变形时，波长可调谐光源14从选定的起始波长λ0开始，以一定的波长步距Δλ依次改变波长，干涉光强探测装置21记录下不同波长下的干涉结果，根据加权多步波长移相算法测量被测样品4的初始面形结果W0；然后，利用泵浦光源1激发被测样品表面产生热变形，波长可调谐光源14再从选定的起始波长λ0开始，以一定的波长步距Δλ依次改变波长，干涉光强探测装置21记录下不同波长下的干涉结果，根据加权多步波长移相算法测量被测样品4在泵浦激光照射下的面形结果W1；最后通过对面形结果W1和初始面形结果W0的比对分析，获得激光诱导所引起的被测样品表面热变形量h，根据表面热变形量h，结合被测样品的热物理参数获得被测样品的实际吸收率结果。
其中，泵浦光源1激发被测样品表面产生热变形的具体过程为：由泵浦光源1发出的泵浦光束经过泵浦光束调制装置2后被调制，再经过泵浦光聚焦装置3后聚焦到被测样品4表面激发产生表面热变形；由探测光源6发出的探测光束经过探测光聚焦装置7后也聚焦到被测样品表面，与泵浦光斑重合；由被测样品4表反射的探测光由第二探测光聚焦装置8收集、再依次经过探测光分束装置9、探测光空间滤光装置11和滤光装置12后，进入光电探测器13进行探测，光电探测器13输出信号利用锁相检测技术探测，以与被调制的泵浦光束的调制频率相同的交流信号作为锁相检测的参考信号，只有泵浦光束诱导产生光热信号能够被锁相放大器测出，其它外部噪声都被滤掉；其中，被测样品4表面反射的探测光通过探测光功率监测装置10对探测光的功率进行实时监测。
对光诱导表面热变形量进行检测标定的过程具体如下：波长可调谐光源14发出的光束依次经过可调谐光源分束装置15、可调谐光源聚焦装置16和光束准直装置17后达到参考镜18，一部分光从参考镜18表面反射回去，另一部分光透过参考镜18后到达被测样品4表面并反射回去，从参考镜18表面和被测样品4表面反射回去的光发生干涉，并依次通过光束准直装置17、可调谐光源分束装置16、可调谐光源聚焦装置15、干涉光聚焦装置19和20后进入干涉光强探测装置21，实现不同波长下干涉结果的记录。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，其特征在于：包括有分别朝向被测样品表面的泵浦光源、探测光源、光电探测器和波长可调谐光源，所述的泵浦光源和被测样品之间设置有泵浦光聚焦装置，所述的探测光源和被测样品之间设置有第一探测光聚焦装置，所述的光电探测器和被测样品之间设置有第二探测光聚焦装置，所述的波长可调谐光源和被测样品之间顺次设置有可调谐光源分束装置、可调谐光源聚焦装置、光束准直装置和参考镜，干涉光聚焦装置朝向可调谐光源分束装置，从参考镜表面和被测样品表面反射回去的光发生干涉，干涉光依次通过光束准直装置、可调谐光源聚焦装置、可调谐光源分束装置、干涉光聚焦装置后进入干涉光强探测装置。
2.根据权利要求1所述的基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，其特征在于：所述的泵浦光源和泵浦光聚焦装置之间设置有泵浦光束调制装置。
3.根据权利要求1所述的基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，其特征在于：所述的第二探测光聚焦装置和光电探测器之间顺次设置有探测光分束装置、探测光空间滤光装置和滤光装置。
4.根据权利要求1所述的基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，其特征在于：所述的第二探测光聚焦装置和光电探测器之间的光路设置有探测光功率监测装置。
5.根据权利要求1所述的基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置，其特征在于：所述的被测样品表面反射的泵浦光由泵浦光收集装置收集。
Priority Applications (1)
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| CN202020377220.7U CN211576103U (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置 |
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Publications (1)
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| CN211576103U true CN211576103U (zh) | 2020-09-25 |
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ID=72526803
Family Applications (1)
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| CN202020377220.7U Active CN211576103U (zh) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | 基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211576103U (zh) |
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2020
- 2020-03-23 CN CN202020377220.7U patent/CN211576103U/zh active Active
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