[发明专利]一种对于材料微区的吸收光谱检测装置及检测方法

说明书

本发明公开了一种对于材料微区的吸收光谱检测装置及检测方法，吸收光谱检测装置包括有泵浦光源、红外空间滤波装置、红外镜头、红外信号探测装置和锁相放大器，红外镜头连接于红外信号探测装置上，泵浦光源和红外镜头均朝向待测样品的表面，红外空间滤波装置位于待测样品和红外镜头之间，红外信号探测装置的输出端与锁相放大器连接。本发明基于光热弱吸收测量技术和锁相红外探测技术，可以直接测量样品的吸收光谱，克服了通过测量样品的反射率与透过率而间接测量弱吸收率的问题和材料吸收率检测灵敏度低的问题。

技术领域

本发明涉及光学无损检测领域，具体是一种对于材料微区的吸收光谱检测装置及检测方法。

背景技术

对材料的合理运用可加速工业的发展，材料质量的优劣影响其应用，所以材料的检测技术也成为重点研究内容。材料的检测可通过对材料吸收光谱的检测分析，来得出材料的相关物理特性。测量材料吸收光谱的方法通常有：分光光度法和光热检测法。分光光度法，通过测量透射率和反射率来推算吸收率。这种方法的吸收率检测精度通常可以达到10^-3,不适用于弱吸收材料的测量，而且没有考虑材料散射的影响。基于激光诱导光热效应的光热检测技术是测量弱吸收比较有效的方法，且吸收率的检测灵敏度可以达到10^-7-10^-8。

最常见的光热检测方式是采用泵浦探测技术，即利用聚焦泵浦光对材料微小区域激发产生光热效应，再利用一束探测激光去探测。这种方法对单一波长或几个波长的检测比较便捷有效。但是对于宽波段的光谱测量，存在一定的局限。主要原因是：一方面，检测灵敏度与泵浦光斑和探测光斑的尺寸大小以及相对位置有密切关系；另一方面，在采用宽波段光源时，当波长发生变化时，泵浦光斑也会发随之变化，从而导致检测结果不准确，需要不断进行校正，使得检测过程变得复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种对于材料微区的吸收光谱检测装置及检测方法，基于光热弱吸收测量技术和锁相红外探测技术，可以直接测量样品的吸收光谱，克服了通过测量样品的反射率与透过率而间接测量弱吸收率的问题和材料吸收率检测灵敏度低的问题。

本发明的技术方案为：

一种对于材料微区的吸收光谱检测装置，包括有泵浦光源、红外空间滤波装置、红外镜头、红外信号探测装置和锁相放大器，所述的红外镜头连接于红外信号探测装置上，所述的泵浦光源和红外镜头均朝向待测样品的表面，所述的红外空间滤波装置位于待测样品和红外镜头之间，所述的红外信号探测装置的输出端与锁相放大器连接。

所述的泵浦光源为宽波段光源。

所述的泵浦光源和待测样品之间顺次设置有功率调节装置、光调制装置、光束整形装置和聚焦装置。

所述的吸收光谱检测装置还包括有用于固定待测样品并带动待测样品进行平移的样品扫描运动装置。

一种对于材料微区的吸收光谱检测方法，首先由泵浦光源发出的光束经调制聚焦到待测样品表面上，待测样品吸收泵浦光能量后，引起温度升高产生红外辐射信号，红外辐射信号经过红外空间滤光装置后，被红外镜头捕捉并进入红外信号探测装置,通过红外信号探测装置后进入锁相放大器，分析红外信号获得待测样品的吸收率。

本发明的优点：

本发明包含了光热弱吸收测量技术和锁相红外探测技术。光热弱吸收检测技术基本原理：利用一束泵浦激光来辐照样品表面，样品对泵浦光束能量的吸收会在样品表面和内部的某一微小区域产生表面热变形、折射率变化等一系列的物理现象，当另一束探测激光经过此热形变区域，这束激光的传播特性会发生变化，通过对探测光的传播特性的变化进行检测分析，就可以获得样品的吸收特性；锁相红外探测技术是利用红外镜头捕捉红外辐射信号，红外探测器通过锁相放大器可直接获取样品吸收信号。