[发明专利]用于介电材料中应力的表征方法

说明书

用于介电材料中应力的表征方法，包括：经由平行调制、第一前偏振调制、聚焦调制对源太赫兹波进行第一调制并使其穿过试样的一区域后经由平行调制、第一后偏振调制、聚焦调制后作为第一信号被接收；经由平行调制、第二前偏振调制、聚焦调制对源太赫兹波进行第二调制并使其沿经第一调制后的太赫兹波相同的方向穿过试样的上述区域后经由平行调制、第二后偏振调制、聚焦调制后作为第二信号被接收；计算第一信号与第二信号的幅值差异，从而获得在该区域的两个主光轴的方向和在所述两个主光轴方向上的折射率差，以表征该区域的主应力差的强度及其方向。

技术领域

本发明属于材料测试表征技术领域，尤其涉及一种用于介电材料中应力的表征方法。

背景技术

在测量不透光电介质中的应力方面，现有技术局限于单点测量在于其复杂的实验步骤而难以获得全场应力，因此难以实现快速全场测量。

在材料加工和使用过程中，材料的内部应力是材料失效和破坏的因素之一，特别是在多层粘接结构中。使用“偏光仪”观察透明材料，可以直观地获得内部应力的大小和方向，这种方法无法用于不透明材料内部应力的获取。不透明材料的内部应力可以通过小孔法获得，但是这是有一种有损的方法。

太赫兹波对于大多数的介电材料有良好的透过性，因此可以基于太赫兹波，建立一种测量不透明介电材料内部应力的无损检测方法。近年来，由于太赫兹系统的小型化和低成本化的趋势，越来越多的工业、民用产品流水线在配合太赫兹成像系统完成快速无损检测。太赫兹无损检测广泛应用于塑料材料、陶瓷材料和半导体材料等的检测。塑料材料在承受载荷出现应变的状态下由各向同性变成各向异性并展现出对光的双折射的现象，不透明的塑料材料的内部应力可以由太赫兹波测量。陶瓷基复合材料通常用于制造航空发动机叶片表面的热障涂层。太赫兹波可以透过热障涂层，并检测涂层内部各种成分厚度；其内部的应力也可以由太赫兹波测量。半导体中的应力应变可以提高芯片性能，例如应变硅技术物理拉伸或压缩硅晶体，进而增加载流子迁移率并增强晶体管的性能。半导体中的应力同样可以由太赫兹波测量。

因此，亟待提出一种能够快速测量不透光的电解质试样中各点处的应力的方法，一方面对测量效率提出了很高的要求，计算量不能大，否则难以通过快速逐点扫描的方式获得全场应力分布；同时，对测量准确性也提出了很高的要求，并且不能对试样造成破坏。目前尚未见到能够满足上述快速、无损、准确等诸多要求的测试或表征方法。

发明内容

为了部分地在一定程度上解决上述技术问题，本发明提出了一种用于介电材料中应力的表征方法，其特征在于，包括：步骤a.经由平行调制、第一前偏振调制、聚焦调制对源太赫兹波进行第一调制并使其穿过试样的一区域后经由平行调制、第一后偏振调制、聚焦调制后作为第一信号被接收；步骤b.经由平行调制、第二前偏振调制、聚焦调制对源太赫兹波进行第二调制并使其沿经第一调制后的太赫兹波相同的方向穿过试样的上述区域后经由平行调制、第二后偏振调制、聚焦调制后作为第二信号被接收；步骤c.计算第一信号与第二信号的幅值差异，从而获得在该区域的两个主光轴的方向和在所述两个主光轴方向上的折射率差，以表征该区域的主应力差的强度及其方向；其中，所述第一前偏振调制与第一后偏振调制的调制方向彼此正交，并且所述第二前偏振调制与第二后偏振调制的调制方向也彼此正交。

进一步而言，所述第一前偏振调制与第二前偏振调制的偏振方向不同。

进一步而言，步骤a和步骤b均在暗场环境中进行。

进一步而言，所述源太赫兹波为经由时域太赫兹系统所发射的太赫兹波，其频率0.2-3THz。

进一步而言，所述区域为直径不超过3mm-7mm的圆形区域。

进一步而言，试样的所述区域的主应力差为Δσ＝Δn/C，其中，Δσ为第一主应力方向与第二主应力方向上的主应力差，Δn为两个主光轴方向上的折射率差，C为在所述太赫兹波的作用下该材料的应力光学系数，其中，两个主应力的方向与两个主光轴的方向一致。