[发明专利]一种用于薄膜杨氏模量测量的系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用激光超声技术测量薄膜的杨氏模量领域，尤其涉及一种用于薄膜杨氏模量测量的系统。

背景技术

近年来，激光超声技术在薄膜杨氏模量等机械特性测量方面得到了广泛关注，在激光超声系统中，声表面波探测技术层出不穷。目前的技术中，基于PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜的压电激光声表面波检测技术是广为采用的技术，PVDF压电薄膜声阻抗匹配特性好，响应带宽大，力电转换灵敏度高等优点，使得基于PVDF薄膜的压电激光声表面波检测系统具有远高于一般光学检测系统的测量带宽（高达120MHz），且具有优异的测量稳定性（测量不确定度误差在±1%）。

基于光偏转敏感检测的差分共焦激光声表面波检测技术是光学非接触式声表面波检测中较快速、准确和精确度较高的测量技术，在该技术中光偏转灵敏度检测保证了系统具有高灵敏度及快速响应的能力；测量带宽被拓展到300MHz，提高了系统对高频声表面波信号的分辨能力；采用差分式的信号取样，消除了探测器光功率波动、环境空气对流及电子噪声等共模干扰，提高了系统的信噪比；而且，该技术为无损伤、非接触式测量，特别适用于集成电路等要求的超净测试环境。

以上所述的两种声表面波检测技术，虽然在薄膜杨氏模量测量方面，具有优异于其他检测技术的特性，但是在某些特殊样品，特殊场景测试方面各有不足之处。例如：基于PVDF压电薄膜LSAW定位的压电探测装置（公开号：CN102252967A，公开日：2011年11月23日）中公布的四象限声表面波检测，虽然它在某种程度上提高了测量精度，但是它依旧是接触式检测，不能用于测量材质软、孔隙率高的样品，且很难适用于集成电路中要求的超净环境；基于Sagnac干涉仪的LSAW定位测量系统（公开号：CN102221397A，公开日：2011年10月19日）中公布的先定位后检测的方法，虽然能够在时间上精确定位声表面波的位置，从而进行更高精度的测量，但是它始终是基于光学的非接触式测量，不能用于测量反射系数低、透明度高的样品，且容易受到环境中噪声等干扰的影响。

发明内容

本发明提供了一种用于薄膜杨氏模量测量的系统，本发明实现了在不同场景下对不同样品的测量，实现了交叉验证，避免了噪声的影响，详见下文描述：

一种用于薄膜杨氏模量测量的系统，包括：脉冲激光器，所述脉冲激光器发射脉冲激光经第一扩束镜准直扩束后，被3:7分光镜分成7/10脉冲激光和3/10脉冲激光，所述7/10脉冲激光经柱面聚焦透镜聚焦在被测样品的表面，激发产生声表面波信号；

所述声表面波信号经过第一检测通道和/或第二检测通道转换为电信号，并通过示波器显示后被传输至计算机进行处理。

所述第一检测通道包括：压电探头，

所述压电探头下的PVDF压电薄膜传感器检测到所述声表面波信号后，将所述声表面波信号转换为所述电信号；所述3/10脉冲激光作为触发信号触发光电二极管，通过导线将所述电信号输出至放大器，被滤波放大后的信号到达所述示波器，所述示波器获取所述电信号。

所述第二检测通道包括：632.8nm的He-Ne激光器，

所述632.8nm的He-Ne激光器发出探测光，经过第二扩束镜准直扩束后，被1:1偏振分光镜极化产生透射光，所述透射光经第一平面反射镜、λ/4波片和第一聚焦透镜后聚焦到被测样品的表面，获取所述声表面波信号后经过所述第一聚焦透镜、所述λ/4波片、所述第一平面反射镜和所述1:1偏振分光镜后产生反射光，所述反射光传输至1:1分光镜分成第一路反射光和第二路反射光；所述第一路反射光经第二平面反射镜、第一光阑、第二聚焦透镜和第一滤光片后进入差分光电探测器的一个探测口；所述第二路反射光经第三平面反射镜、第二光阑、第三聚焦透镜和第二滤光片后进入所述差分光电探测器的另一个探测口；所述差分光电探测器输出所述电信号并传输至所述示波器，所述示波器获取所述电信号。

所述第一滤光片和所述第二滤光片具体为：波长为632.8nm的窄带干涉滤光片。

本发明提供的技术方案的有益效果是：该系统不仅拥有压电激光声表面波检测技术信号幅度大、在扰动大的测试环境中适用性强等优点，也继承了差分共焦激光声表面波检测技术快速、准确、非接触测量及信噪比高等优势，适用性更强，适用范围更广。同时，基于差分共焦激光声表面波检测技术高测量带宽的优点，集成系统拥有比传统测量技术更高的测量带宽，大大提高了测量分辨率，具有以下优势：