一種用于薄膜楊氏模量測量的系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種用于薄膜楊氏模量測量的系統，包括：脈沖激光器，所述脈沖激光器發射脈沖激光經第一擴束鏡準直擴束后，被3:7分光鏡分成7/10脈沖激光和3/10脈沖激光，所述7/10脈沖激光經柱面聚焦透鏡聚焦在被測樣品的表面，激發產生聲表面波信號；所述聲表面波信號經過第一檢測通道和/或第二檢測通道轉換為電信號，并通過示波器顯示后被傳輸至計算機進行處理。該系統不僅擁有壓電激光聲表面波檢測技術信號幅度大、在擾動大的測試環境中適用性強等優點，也繼承了差分共焦激光聲表面波檢測技術快速、準確、非接觸測量及信噪比高等優勢，適用性更強，適用范圍更廣。同時，基于差分共焦激光聲表面波檢測技術高測量帶寬的優點，大大提高了測量分辨率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及利用激光超聲技術測量薄膜的楊氏模量領域，尤其涉及一種用于薄膜楊氏模量測量的系統。
技術介紹
近年來，激光超聲技術在薄膜楊氏模量等機械特性測量方面得到了廣泛關注，在激光超聲系統中，聲表面波探測技術層出不窮。目前的技術中，基于PVDF (聚偏氟乙烯)薄膜的壓電激光聲表面波檢測技術是廣為采用的技術，PVDF壓電薄膜聲阻抗匹配特性好，響應帶寬大，力電轉換靈敏度高等優點，使得基于PVDF薄膜的壓電激光聲表面波檢測系統具有遠高于一般光學檢測系統的測量帶寬(高達120MHz)，且具有優異的測量穩定性(測量不確定度誤差在±1%)。基于光偏轉敏感檢測的差分共焦激光聲表面波檢測技術是光學非接觸式聲表面波檢測中較快速、準確和精確度較高的測量技術，在該技術中光偏轉靈敏度檢測保證了系統具有高靈敏度及快速響應的能力；測量帶寬被拓展到300MHz，提高了系統對高頻聲表面波信號的分辨能力；采用差分式的信號取樣，消除了探測器光功率波動、環境空氣對流及電子噪聲等共模干擾，提高了系統的信噪比；而且，該技術為無損傷、非接觸式測量，特別適用于集成電路等要求的超凈測試環境。以上所述的兩種聲表面波檢測技術，雖然在薄膜楊氏模量測量方面，具有優異于其他檢測技術的特性，但是在某些特殊樣品，特殊場景測試方面各有不足之處。例如基于PVDF壓電薄膜LSAW定位的壓電探測裝置(公開號CN102252967A，公開日2011年11月23日)中公布的四象限聲表面波檢測，雖然它在某種程度上提高了測量精度，但是它依舊是接觸式檢測，不能用于測量材質軟、孔隙率高的樣品，且很難適用于集成電路中要求的超凈環境；基于Sagnac干涉儀的LSAW定位測量系統(公開號CN102221397A，公開日2011年10月19日)中公布的先定位后檢測的方法，雖然能夠在時間上精確定位聲表面波的位置，從而進行更高精度的測量，但是它始終是基于光學的非接觸式測量，不能用于測量反射系數低、透明度高的樣品，且容易受到環境中噪聲等干擾的影響。
技術實現思路
本技術提供了一種用于薄膜楊氏模量測量的系統，本技術實現了在不同場景下對不同樣品的測量，實現了交叉驗證，避免了噪聲的影響，詳見下文描述—種用于薄膜楊氏模量測量的系統，包括脈沖激光器，所述脈沖激光器發射脈沖激光經第一擴束鏡準直擴束后，被3:7分光鏡分成7/10脈沖激光和3/10脈沖激光，所述7/10脈沖激光經柱面聚焦透鏡聚焦在被測樣品的表面，激發產生聲表面波信號；所述聲表面波信號經過第一檢測通道和/或第二檢測通道轉換為電信號，并通過示波器顯示后被傳輸至計算機進行處理。所述第一檢測通道包括壓電探頭，所述壓電探頭下的PVDF壓電薄膜傳感器檢測到所述聲表面波信號后，將所述聲表面波信號轉換為所述電信號；所述3/10脈沖激光作為觸發信號觸發光電二極管，通過導線將所述電信號輸出至放大器，被濾波放大后的信號到達所述示波器，所述示波器獲取所述電信號。所述第二檢測通道包括632. 8nm的He-Ne激光器，所述632. 8nm的He-Ne激光器發出探測光，經過第二擴束鏡準直擴束后，被I: I偏振分光鏡極化產生透射光，所述透射光經第一平面反射鏡、λ /4波片和第一聚焦透鏡后聚焦到被測樣品的表面，獲取所述聲表面波信號后經過所述第一聚焦透鏡、所述λ/4波片、所述第一平面反射鏡和所述1:1偏振分光鏡后產生反射光，所述反射光傳輸至1:1分光鏡分成第一路反射光和第二路反射光；所述第一路反射光經第二平面反射鏡、第一光闌、第二聚焦透鏡和第一濾光片后進入差分光電探測器的一個探測口 ；所述第二路反射光經第三平面反射鏡、第二光闌、第三聚焦透鏡和第二濾光片后進入所述差分光電探測器的另一個探測口 ；所述差分光電探測器輸出所述電信號并傳輸至所述示波器，所述示波器獲取所述電信號。·所述第一濾光片和所述第二濾光片具體為波長為632. Snm的窄帶干涉濾光片。本技術提供的技術方案的有益效果是該系統不僅擁有壓電激光聲表面波檢測技術信號幅度大、在擾動大的測試環境中適用性強等優點，也繼承了差分共焦激光聲表面波檢測技術快速、準確、非接觸測量及信噪比高等優勢，適用性更強，適用范圍更廣。同時，基于差分共焦激光聲表面波檢測技術高測量帶寬的優點，集成系統擁有比傳統測量技術更高的測量帶寬，大大提高了測量分辨率，具有以下優勢①繼承了壓電和差分共焦兩種LSAW檢測技術的優點，單獨使用時兩檢測通道各有不足之處，集成后可相互彌補各自的不足，發揮各自的優勢，使測量效果達到最優，表I列出了兩檢測技術的優缺點。②有兩個檢測通道，使用者可根據具體情況靈活選擇適用特定樣品和場景的探測方式，表2中列出了兩通道各自適用的樣品和測試場景。③對于兩檢測通道同時適用的樣品和測試場景，可實現實時交互驗證，保證測量結果的準確可靠；聲表面波信號經過處理后可直接獲取薄膜楊氏模量的測量結果，無需再與傳統的納米壓痕儀測量結果作對比，簡化了薄膜楊氏模量測量過程。④可重復性檢測，在條件不發生改變的條件下，重復測量相同的樣品可以獲取相同的波形數據。附圖說明圖I為本技術提供的一種用于薄膜楊氏模量測量的系統的結構示意圖。附圖中，各標號所代表的部件列表如下I :脈沖激光器；2 :第一擴束鏡；3 :3:7分光鏡；4:柱面聚焦透鏡；5 :被測樣品；6 :載物臺；7 =He-Ne激光器；8 :第二擴束鏡；91:1偏振分光鏡；10 :第一平面反射鏡；11 λ/4波片；12 :第一聚焦透鏡；13 1:1分光鏡；14 :第二平面反射鏡；15 :第一光闌；16 :第三平面反射鏡；17 :第二光闌；18 :第二聚焦透鏡；19 :第三聚焦透鏡；20 :第一濾光片；21 :第二濾光片；22 :差分光電探測器；23 :壓電探頭；24 :PVDF壓電薄膜傳感器；25:放大器；26:光電二極管；27 :示波器；28 :計算機。具體實施方式為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本技術實施方式作進一步地詳細描述。為了實現在不同場景下對不同樣品的測量，實現交叉驗證，避免噪聲的影響，本技術實施例提供了一種用于薄膜楊氏模量測量的系統，參見圖1，詳見下文描述—種用于薄膜楊氏模量測量的系統，包括脈沖激光器I，脈沖激光器I發射脈沖激光經第一擴束鏡2準直擴束后，被3:7分光鏡3分成兩部分，7/10脈沖激光和3/10脈沖激光，7/10脈沖激光經柱面聚焦透鏡4聚焦在被測樣品5的表面，激發產生聲表面波信號；聲表面波信號經過第一檢測通道和/或第二檢測通道轉換為電信號，并通過示波器27顯示后被傳輸至計算機28進行處理。具體實現時，通過第一檢測通道實現了 PVDF壓電薄膜聲表面波檢測；通過第二檢測通道實現了差分共焦聲表面波檢測。其中，具體實現時，被測物品5放置在載物臺6上。其中，計算機28對電信號進行計算處理，實現對薄膜楊氏模量的測量，具體計算步驟為本領域技術人員所公知，本技術實施例在此不做贅述。其中，第一檢測通道包括壓電探頭23，壓電探頭23下的PVDF壓電薄膜傳感器24檢測到聲表面波信號后，將聲表面波信號轉換為電信號，繼而被放大器25濾波放大；3/10脈沖激光作為觸發信號觸發光電二極管26，通過導線將電信號輸出至放大器25，被濾波放大后的信號本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于薄膜楊氏模量測量的系統，包括：脈沖激光器（1），所述脈沖激光器（1）發射脈沖激光經第一擴束鏡（2）準直擴束后，被3:7分光鏡（3）分成7/10脈沖激光和3/10脈沖激光，所述7/10脈沖激光經柱面聚焦透鏡（4）聚焦在被測樣品（5）的表面，激發產生聲表面波信號；其特征在于，所述聲表面波信號經過第一檢測通道和/或第二檢測通道轉換為電信號，并通過示波器（27）顯示后被傳輸至計算機（28）進行處理。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：丹特·多倫雷，楊斐，陳琨，路子沫，李艷寧，傅星，胡小唐，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：實用新型
國別省市：