[发明专利]基于波长移相干涉的光热表面变形检测标定装置及方法

说明书

本发明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及方法，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。本发明把波长移相干涉方法和光诱导表面热变形方法相结合，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。

技术领域

本发明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及方法。

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。

发明内容

本发明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及方法，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。

本发明的技术方案为：

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。