[实用新型]基于驻波激发瞬态体光栅效应的材料特性检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及激光激发瞬态光栅效应及其应用领域，具体是一种基于驻波激发瞬态体光栅效应的材料特性检测装置。

背景技术

激光激发瞬态光栅技术（the laser-induced transient grating technique）广泛用于各类材料的特性研究和分析，特别是材料光热响应、光声效应、驰豫及输运特性、以及非线性光学特性等的研究和分析。

激光激发瞬态光栅技术的基本原理可以描述如下：两束相干激光束（通常称泵浦光）在材料表面或内部重叠，由于光学干涉效应，在两束光的重叠区域将产生周期性的光强分布；这种周期性的光强分布在与材料相互作用时将对材料特性产生周期性的空间调制；这种周期性的空间调制将对入射其中的第三束光（通常称探测光）产生衍射效应；通过检测和分析探测光的衍射效应就能获得材料的相关特性。

根据泵浦光与被测材料相互作用的不同原理及其具体的检测方法，激光激发瞬态光栅技术可用来分析材料的光热特性、光声相应、驰豫及输运特性、以及非线性光学特性等。

现有的激光诱导瞬态光栅技术根据泵浦光的特性可大体上分为两大类。第一类是利用光强调制的连续激光来作为泵浦光，利用材料的光学吸收而产生的光热效应或者半导体材料的光激发载流子效应等而获得与泵浦光空间分布相对应的瞬态光栅。该方法的优点是可以利用锁相技术对探测光的衍射效应进行检测和分析，信噪比好，检测灵敏度高。

第二类是利用脉冲激光来作为泵浦光。当利用脉冲激光来作为泵浦光时，材料的光学吸收、半导体材料的光激发载流子效应、以及材料的光学折射率非线性效应等都可以产生瞬态光栅效应。具体应用时根据具体的材料特征和实验条件，可以用一种或多种物理模型来对结果进行模拟和分析，从而获得被测材料的相关特性。

不管是利用光强调制的连续激光还是利用脉冲激光作为泵浦光源，在已有的激光激发瞬态光栅技术中，瞬态光栅都是通过两束相干激光的干涉而形成的。这种方法先要把一束相干的激光一分为二，再通过一套光学装置让这两束光在样品表面或内部重叠，产生干涉效应。这种方法的优点是瞬态光栅的周期可以通过调整两束光的角度来进行调整，在测量时具有较强的灵活性；缺点是光路相对较为复杂，光路调整误差对光栅特性影响较大，从而在实际应用中不利于检测系统的稳定性、可靠性以及微型化。

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驻波激发瞬态体光栅效应的材料特性检测装置，其具有光路简单、光栅特性稳定等特点，在实际应用中将有利于相关分析检测仪器的系统集成和微型化，获得更好的可靠性和稳定性。

本实用新型的技术方案为：

基于驻波激发瞬态体光栅效应的材料特性检测装置，包括有泵浦光源、探测光源和相对被测样品背面设置的反射装置。

所述的材料特性检测装置还包括有顺次设置于泵浦光源和被测样品表面之间的泵浦光滤波扩束准直系统、浦光束位置调整系统和泵浦光聚焦透镜，顺次设置于探测光源和被测样品表面或一侧面之间的探测光滤波扩束准直系统、探测光束位置调整系统和探测光聚焦透镜，以及设置于被测样品背面和反射装置之间的泵浦光准直透镜。

所述的反射装置包括有反射镜装夹调整装置和设置于反射镜装夹调整装置上的高反射率镜。

所述的材料特性检测装置还包括有顺次设置于被测样品背面或另一侧面后端的探测光准直透镜、探测光束调整透镜、探测光空间滤波器、探测光滤光片和光电探测器。

本实用新型的原理：

本实用新型的瞬态体光栅随着泵浦光的光强变化而变化，当泵浦光消失时，它经过一段驰豫时间后也将消失，瞬态体光栅将对入射其中的探测光产生衍射效应，而通过检测和分析探测光的衍射效应就能获得材料的相关特性。

本实用新型来自被测样品表面和背面的多次反射现象对被测样品内部驻波场分布的影响可以忽略，这种忽略适用对镀有减反射膜的光学样品，另外它对厚度尺寸相对泵浦光相干长度而言很大的样品也是基本适用的；而在其他情况下，则可以通过把被测样品相对泵浦光倾斜一定角度放置而避免样品表面多次反射效应对样品体内驻波场分布产生很大影响，如图3所示。

本实用新型的优点：

（1）、本实用新型的光路简单、光栅特性稳定，在实际应用中将有利于相关分析检测仪器的系统集成和微型化，获得更好的可靠性和稳定性；