[发明专利]热导测量装置、系统及方法

说明书

本发明涉及热导测量设备技术领域，提供一种热导测量装置、系统及方法，上述热导测量装置包括激光发生器、光路组件、非相干光源、入射光纤、接收光纤和光电探测器，激光发生器通过光路组件向微纳薄膜材料投射加热激光且在微纳薄膜材料上形成第一光斑，非相干光源通过入射光纤向微纳薄膜材料投射探测光且在微纳薄膜材料上形成与第一光斑相重合的第二光斑，探测光经微纳薄膜材料反射形成第一反射光，光电探测器通过接收光纤接收第一反射光，由于探测光为非相干光，有效避免探测光产生干涉效应，有效提高热导测量装置的测量精度；通过入射光纤和接收光纤分别实现对探测光的投射和对第一反射光的接收，有效简化光路结构，提高可操作性。

技术领域

本发明涉及热导测量设备技术领域，尤其提供一种热导测量装置、系统及方法。

背景技术

近年来，随着材料和器件的尺寸不断缩小，使得材料和器件的能量输运和转化的过程在空间/时间尺度上朝纳米/飞秒方向拓展，给物理、化学、材料、电子等学科领域带来了诸多挑战。其中，微纳材料的热导参数对结构性能的影响越来越大，微纳材料的热导参数的测量已成为微纳科技产业中极具挑战但又亟待产业化的重要测量技术。

目前，市面上用于对微纳材料的热导参数进行测量的测量装置根据不同的工作原理可分为多种，如基于激光闪射法的热导测量装置、基于调制光热反射法的热导测量装置、基于瞬态光热反射法的热导测量装置等，其中，由于基于瞬态光热反射法的热导测量装置的测量精度要求低，且具备应用范围广、制造成本低、可集成度高等优势，使其成为更为适合推广应用的一种热导测量装置，但是，传统的基于瞬态光热反射法的热导测量装置的测量误差较大，而且需要搭建复杂的光路来实现光的投射和接收，结构复杂且可操作性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热导测量装置、系统及方法，旨在解决现有的热导测量装置测量误差较大、结构复杂且可操作性低的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：一种热导测量装置，包括激光发生器、光路组件、非相干光源、入射光纤、接收光纤和光电探测器，所述激光发生器通过所述光路组件向所述微纳薄膜材料投射加热激光且在所述微纳薄膜材料上形成第一光斑，所述非相干光源通过所述入射光纤向所述微纳薄膜材料投射探测光且在所述微纳薄膜材料上形成与所述第一光斑相重合的第二光斑，所述探测光经所述微纳薄膜材料反射形成第一反射光，所述光电探测器通过所述接收光纤接收所述第一反射光。

本发明提供的热导测量装置至少具有以下有益效果：上述热导测量装置基于瞬态光热反射法实现，通过采用激光发生器向微纳薄膜材料投射加热激光以对微纳薄膜材料进行局部加热，并通过采用非相干光源向微纳薄膜材料的加热位置投射探测光，探测光经微纳薄膜材料反射形成第一反射光，第一反射光经接收光纤进入光电探测器中，光电探测器将第一反射光转化为电信号，并将电信号传输到分析设备，分析设备对所述电信号进行分析得到微纳薄膜材料的热导参数；由于探测光为非相干光，有效避免探测光产生干涉效应而带来测量误差，从而有效提高上述热导测量装置的测量精度；此外，上述热导测量装置采用入射光纤和接收光纤分别实现对探测光的投射和对第一反射光的接收，有效简化光路结构，而且入射光纤和接收光纤可根据工作需要朝不同方向弯曲，有效提高上述热导测量装置的可操作性。

在其中一实施例中，所述入射光纤靠近所述微纳薄膜材料的一端设有光纤准直器。

在其中一实施例中，所述热导测量装置还包括设于所述入射光纤上的光耦合器，所述接收光纤连接于所述光耦合器与所述光电探测器之间，所述探测光的投射方向垂直于所述微纳薄膜材料的表面。

在其中一实施例中，所述加热激光的投射方向与所述探测光的投射方向相交设置。

在其中一实施例中，所述光路组件包括扩束器和聚焦物镜，所述加热激光依次经过所述扩束器和所述聚焦物镜投射到所述微纳薄膜材料上。

在其中一实施例中，所述光路组件还包括若干全反光镜，所述加热激光依次经过所述扩束器、各所述全反光镜和所述聚焦物镜投射到所述微纳薄膜材料上。