[发明专利]热反射测量系统

说明书

本发明公开了一种热反射测量系统，通过光路调整测量装置产生的第一激光束即探测光和第二激光束即加热光均通过近场探测装置，通过近场探测装置可以突破远场衍射极限，大大提高分辨率，由于分辨率会受近场探测装置与待测样品之间的距离影响，因此，采用距离控制装置检测并调整所述近场探测装置与所述待测样品的之间距离可以较好的保证近场探测装置进行近场探测。因此，第一激光束即探测光和第二激光束即加热光均通过近场探测装置，并通过距离控制装置控制近场探测装置与待测样品之间的距离，可以较大幅度的提高热反射测量的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及热导率测量技术领域，具体涉及到一种热反射测量系统。

背景技术

微电子/光电子等器件/系统工作时产生极高的热流密度，热堆积将直接影响到此类器件的效率和可靠性。另外，在超高速/高频运行过程中产生的过热点也会导致器件的损坏。随着集成度的提高和运行速度的增加，这些问题日益突出。热电转换装置在许多领域有着重要的应用，比如高精度仪器的正常工作需要即时的冷却保证核心部件的正常工作；温差发电需要尽量高的转换效率。热电转换材料的效率主要取决于电子和声子的输运性质：一方面需要提高电导率和塞贝克系数，另一方面却要降低热导率。然而由于电子同时作为电和热的载流子，使得提高电导率和降低热导率本身具有一定的矛盾性。目前热电材料的研究中都普遍采用维持电导率和塞贝克系数，增加声子散射以降低热导率的方法。热整流效应是指同样一块材料或界面当对其所加载的热流方向不同时，其热阻也会相应不同。宏观尺度材料的热整流效应虽早已被提出，但由于这种整流效应非常弱而未被重视。近几年来，随着对微纳尺度下热传输的非傅里叶效应逐渐认识，具有纳米尺度结构材料及特殊界面上的强热整流效应被越来越多的发现或预言。

微纳尺度薄膜和结构的热导测量是解决上述问题的关键。国际上越来越多的研究组应用热反射法对纳米薄膜的热物参数进行测量。Virginia大学的Pamela一些现有技术中利用热反射技术研究了固体、液体和薄膜等材料的热导和热容，Virginie Moreau用该技术研究二维光子晶体动态温度特性。但是，常规单波长系统具有信噪比过低的难题，为此，另一些现有技术中分别将各自的飞秒激光系统改造为双波长的设计方案。其主要思想是对抽运光(加热被测样品)和探测光(探测加热后的样品的热物性)使用不同波长的飞秒脉冲激光，在两束激光到达探测器之前使用具有高选择透过性的滤光片滤除加热激光。由于该种滤光片的滤除效率(透过率)可以达到10^-7至10^-9，大大优于应用偏振方法的10^-3至10^-4，大幅(3个数量级)提高测量信号的信噪比，从而极大提高测量精度。这种方法还可以用于微米空间结构材料的热物性分布扫描，例如，基于瞬态热反射技术(TDTR)的系统，具体的实现方式可以为脉冲激光器和后续光路提供两束脉冲激光，一路为加热样品的抽运光，一路用作传感热物性的探测光，经光路系统和计算机控制，两束光作用于样品同一区域。为了获得高时间分辨率的动态测量，由计算机控制安装有平行光反射镜的电控位移平台作高精度运动，通过调整抽运光和探测光的光程差来实现。反射的两束激光通过滤波片滤除抽运激光束，即加热激光束，通过光电转换器得到热物参数。然而，发明人发现该方法的激光的聚焦光斑只能在微米量级，空间分辨率较低，对更为重要的纳米材料横向和三维纳米结构热物性参数和热输运特性的测量具有很大的局限性。

发明内容

本发明主要的目的在于减小纳米材料横向和三维纳米结构的热物参数和热输运特性测量的局限性。

为此，本发明提供了一种热反射测量系统，包括：脉冲激光发生器，用于提供脉冲激光；光路调整测量装置，接收脉冲激光，用于将脉冲激光分为用于探测待测样品的第一激光束和用于加热待测样品200的第二激光束，并对第一激光束和第二激光束进行调整，以使第一激光束和第二激光束间隔预设时长达到待测样品的同一区域，对当前区域的热物性进行测量；近场探测装置，设置在光路调整装置的输出光路上，用于将第一激光束和第二激光束传递至待测样品；距离控制装置，用于检测并调整近场探测装置与待测样品的之间距离。

可选地，近场探测装置包括：近场探针，具有用于第一激光束和第二激光束通过的光阑孔。