激光光热偏转光谱法的研究

光热光偏转技术是一种基于光热效应建立和发展起来的无损检测技术,因其具有灵敏度高、无需对样品进行预处理、可实时检测等优点,已在物理、材料科学等领域获得了广泛的应用.传统的光热光偏转技术以物质的光声、光热效应为基础，通过检测声波或热波信号的幅值或相位可研究物质的光学，热学，力学等物性，能解决用常规检测方法所无法或难以解决的问题, 但其实验装置和过程相对复杂,所获信号灵敏度不太理想。本研究在样品平行方向上,使探测光周期性地偏转,建立以一维光声池模型为基础的棱镜型激光光热偏转测试技术,并推导棱镜型样品表面和空气交界处的偏向角表达式. 数值计算几种入射角条件下的光热信号. 棱镜型激光光热偏转测试技术与传统方法相比,具有实验装置简单、操作简便、检测灵敏度高等特点.

基于光热效应的光热偏转光谱技术应用于固体材料的无损检测是目前很有潜力的研究方向。该技术具有灵敏度高,非接触、非破坏性的优点,且在理论上具有对固体材料不同深度处可进行非破坏性剖析检测的独特本领, 已在光学薄膜损伤、半导体材料科学等领域获得了广泛的应用。传统的光热光偏转技术主要集中在对激励光进行周期性调制和激励光为脉冲激光这两个方面, 主要是对材料光热信号的幅值和相位进行分析,较少对光热光偏转时变信号进行研究。其实验装置和过程相对复杂,所获信号还需较复杂的后续处理。因此,为了让该检测手段的应用更加广泛, 实验装置和理论模型简单、分辨率和灵敏度高、测量方便快捷、实验可容易实现的棱镜型光热偏转光谱技术已成为近来相关领域的一个研究热点。因此，用光热偏转光谱法理论研究材料热学性质问题不仅在理论研究上有其价值，而且在实际应用中也有广泛影响。.本研究主要针对样品的形状及探测光过样品表面时，样品表面被“加热”而形成的偏转角进行研究。利用棱镜的光色散特征建立了棱镜型光热偏转光谱法的一维理论模型。探讨了棱镜型光热偏转光谱法的基本概念、工作原理和特点。本课题的主要工作为：.1. 介绍光热偏转光谱法的基本原理和特点，较为系统地对棱镜型样品光热偏转技术做了相应的理论研究以及光热偏转光谱法技术在检测材料热性能中的应用。.2.采用棱镜的光色散特性建立棱镜型光热偏转光谱法的理论框架,研究激励光源对待测样品表面周期性照射情况下的探测光偏转角与光热信号之间的解析关系。计算棱镜型样品表面周期性变化的偏转角表达式，探讨调制频率，样品表面和探测光之间的距离对输出信号强度的影响。.3. 建立了泵浦光激励的PDS技术的实验系统，并对系统的物理参数以及信号采集部分进行了分析。.4. 在棱镜型光热偏转光谱法理论模型的基础上,编写一维理论模型的Matlab程序，计算泵浦光的照射时间对温度变化的影响以及泵浦光调制频率，样品表面与探测光之间的距离对输出信号强度的影响。研究偏转角与棱镜型光热偏转信号之间的关系并得出结论。.5.以光子晶体带隙宽度检测法测定溶液浓度的研究题目为子课题，选择不同结构的光子晶体，研究了溶液的浓度变化与光子晶体带隙宽度或输出功率之间的关系，得到了光子晶体禁带宽度或输出功率与溶液浓度的对应关系.基于这个对应关系,提出了基于光子晶体带隙宽度测量的糖溶液浓度检测方法。