一种双波长飞秒抽运探测热反射系统的制作方法

[0001]
本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种双波长飞秒抽运探测热反射系统。


背景技术：

[0002]
目前薄膜材料已广泛应用于微电子以及光电子等领域，这些微器件在工作时将产生极高的热流密度，热堆积将直接影响到微器件的工作效率以及可靠性。为了解决散热问题，需要对组成微器件的薄膜材料的热输运性质进行准确表征，以便揭示其热输运机理；可借助超短脉冲激光抽运探测技术进行测量，但现有激光抽运探测技术的抽运光消除效率较低，致使信噪比较低，测量精度不够。


技术实现要素：

[0003]
本申请提供一种双波长飞秒抽运探测热反射系统，能够提高信噪比，改善测量精度。
[0004]
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种双波长飞秒抽运探测热反射系统，该系统包括：发光组件、第一分光器件、电光调制器、倍频器、延迟装置、第一滤光片以及控制装置，发光组件用于产生激光束；第一分光器件设置于发光组件的出射光路上，用于将激光束分成第一抽运激光束与第一探测激光束；电光调制器设置于第一抽运激光束的光路上，用于对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束，其中，第二抽运激光束入射至待测样品的表面；倍频器设置于第一探测激光束的光路上，用于调整第一探测激光束的波长，得到第二探测激光束，其中，第二探测激光束入射至待测样品的表面；延迟装置设置于倍频器的出射光路上，用于对第二探测激光束进行延迟；探测器设置于待测样品的反射光路上，用于接收探测反射激光束，对探测反射激光束进行光电转换处理，生成电压信号，其中，探测反射激光束为被待测样品反射的第二探测激光束；第一滤光片设置于待测样品的反射光路上，用于对输入至探测器的激光束进行滤除，以使得探测反射激光束入射至探测器；控制装置与延迟装置以及探测器连接，用于接收探测器输出的电压信号，并将电压信号转化为热反射信号；调整延迟装置的延迟时间，以得到不同时间下的热反射信号，并对热反射信号进行分析处理，得到待测样品的热物性参数。
[0005]
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种双波长飞秒抽运探测热反射系统，该系统包括：光源组件、电光调制器、倍频器、延迟装置、探测器，光源组件、第一滤光片以及控制装置，光源组件用于产生第一抽运激光束与第一探测激光束；电光调制器设置于第一抽运激光束的光路上，用于对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束，其中，第二抽运激光束入射至待测样品的表面；倍频器设置于第一探测激光束的光路上，用于调整第一探测激光束的波长，得到第二探测激光束，其中，第二探测激光束入射至待测样品的表面，第二探测激光束的波长与第二抽运激光束的波长不同；延迟装置设置于电光调制器的出射光路上，用于对第二抽运激光束进行延迟；探测器设置于待测样品的反射光路上，用于接收探测反射激光束，对探测反射激光束进行光电转换处理，生成电压信
号，其中，探测反射激光束为被待测样品反射的第二探测激光束；第一滤光片设置于待测样品的反射光路上，用于对输入至探测器的激光束进行滤除，以使得探测反射激光束入射至探测器；控制装置与延迟装置以及探测器连接，用于接收探测器输出的电压信号，并将电压信号转化为热反射信号；调整延迟装置的延迟时间，以得到不同时间下的热反射信号，并对热反射信号进行分析处理，得到待测样品的热物性参数。
[0006]
通过上述方案，本申请的有益效果是：利用倍频器对第一探测激光束进行倍频，使得第一探测激光束的波长发生改变，得到第二探测激光束；同时利用电光调制器对第一抽运激光束进行调制，生成第二抽运激光束；由于第二探测激光束的波长与第二抽运激光束的波长不同，能够实现双波长激光抽运探测；且采用了双调制的处理模式，对第一探测激光束与第一抽运激光束均进行了调制，能够极大地消除了设备稳定性随温度或湿度等环境条件变化的问题，提升了系统的鲁棒性和精度；而且可利用第一滤光片对输入至探测器的激光束进行滤除，保证只有探测反射激光束才能输入探测器，防止第二抽运激光束对探测反射激光束的干扰，能够提升信噪比，使得测量的准确度提高。
附图说明
[0007]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0008]
图1是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第一实施例的结构示意图；
[0009]
图2是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第二实施例的结构示意图；
[0010]
图3是图2所示的实施例中延时装置的结构示意图；
[0011]
图4是图2所示的实施例中发光组件、光谱仪以及第三光引导组件的连接示意图；
[0012]
图5是图2所示的实施例中第一发光器件、第二发光器件以及第三光引导组件的连接示意图；
[0013]
图6是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第三实施例的结构示意图；
[0014]
图7是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第四实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0015]
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0016]
请参阅图1，图1是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第一实施例的结构示意图，该系统包括：光源组件101、电光调制器102、延迟装置103、倍频器104、探测器105、第一滤光片106以及控制装置107。
[0017]
光源组件101用于产生第一抽运激光束与第一探测激光束，第一抽运激光束的波长与第一探测激光束的波长可以相同，光源组件101可以包括一个激光器或多个激光器，该激光器可以为飞秒激光器，例如，飞秒激光器的波长为1040nm，产生的激光束的脉冲宽度为
100fs，利用飞秒激光器可以提高系统的时间分辨率，进而提高系统的空间分辨率。
[0018]
电光调制器102设置于第一抽运激光束的光路上，其用于对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束；具体地，该第二抽运激光束入射至待测样品200的表面，待测样品200为需要检测热物性参数的物品，比如，纳米材料或微纳米材料，待测样品200可以为单层结构或多层结构，该热物性参数包括热导率、比热容、界面热导或界面热阻。
[0019]
延迟装置103设置于电光调制器102的出射光路上，其用于对第二抽运激光束进行延迟；具体地，延迟装置103在接收到控制装置107发送的信号后，调整自身位置，以使得第二抽运激光束的传输时间改变，从而调整第二抽运激光束到达待测样品200的时间。
[0020]
倍频器104设置于第一探测激光束的光路上，其用于调整第一探测激光束的波长，得到第二探测激光束；具体地，第二探测激光束入射至待测样品200的表面，第二探测激光束的波长与第二抽运激光束的波长不同，通过对第一探测激光束进行倍频产生二次谐波(即第二探测激光束)，第二探测激光束的波长可以为第一探测激光束的波长的一半；例如，第一探测激光束的波长为1040nm，第二探测激光束的波长为520nm；可以理解地，还可使用斩波器对第一探测激光束进行调制，以生成第二探测激光束。
[0021]
探测器105设置于待测样品200的反射光路上，其用于接收探测反射激光束，对探测反射激光束进行光电转换处理，生成电压信号；具体地，探测器105可以为光电探测器，探测反射激光束为被待测样品200反射的第二探测激光束。
[0022]
控制装置107与延迟装置103以及探测器105连接，其用于接收探测器105输出的电压信号，并将电压信号转化为热反射信号；调整延迟装置103的延迟时间，以得到不同时间下的热反射信号，并对热反射信号进行分析处理，得到待测样品200的热物性参数。
[0023]
进一步地，激光抽运探测分为两步，第一步：使用第二抽运激光对待测样品200的表面进行加热，使得待测样品200的表面瞬间产生大约几度的温升，这个过程被称为抽运过程，待测样品200的表面热量逐渐向待测样品200的内部传递，待测样品200的表面温度的变化改变待测样品200的表面的激光反射率；第二步：使用第二探测激光束监测待测样品200的表面温度随时间的衰减过程，这个过程被称为探测过程，因为在较小的温度范围内，待测样品200的表面对第二探测激光束的反射率与温度近似呈线性关系，所以通过监测探测反射激光束的强度随时间的变化，即可得到待测样品200的表面温度随时间的变化。第二抽运激光束到达待测样品200的表面的时间由延迟装置103控制，延迟装置103可以改变第二抽运激光束的光程长度，使得第二抽运激光束与第二探测激光束之间具有可调的光程差，以便监测待测样品200加热后不同时间点的激光反射率。
[0024]
第一滤光片106设置于待测样品200的反射光路上，其用于对输入至探测器105的激光束进行滤除，以使得探测反射激光束入射至探测器105；具体地，第一滤光片106可以为高选择透光性滤光片，通过使用第一滤光片106能够将第一抽运激光束、第二抽运激光束、第一探测激光束以及第二探测激光束彻底滤除，保证只有探测反射激光束进入探测器105，解决了常规单波长系统中信噪比较低的问题，能够大幅提高测量精度。
[0025]
本实施例提供了一种双波长飞秒抽运探测热反射系统，利用倍频器104对光源组件101出射的第一探测激光束进行倍频，使得第一探测激光束的波长发生改变，生成第二探测激光束；由于第二探测激光束的波长与第二抽运激光束的波长不同，能够实现双波长激光抽运探测，且可利用第一滤光片106对输入探测器105的激光束进行滤除，保证只有探测
反射激光束输入至探测器105，防止了抽运光对探测光的干扰，有助于提升信噪比，可提高近三个数量级，使得测量的准确度提高；此外，还采用了双调制的处理模式，对第一探测激光束与第一抽运激光束均进行了调制，能够极大地消除了设备稳定性随温度或湿度等环境条件变化的问题，提升了系统的鲁棒性和精度；超快激光束可与待测样品200相互作用，实现对纳米流体、固液界面、多孔介质以及粉体等材料的热物性测量。
[0026]
请参阅图2，图2是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第二实施例的结构示意图，本实施例中双波长飞秒抽运探测热反射系统除了包括第一实施例中的器件之外，还包括：第二滤光片108、第一反射组件109、第二光引导组件110、第三滤光片111、第二分光器件112、偏振方向调整器件113、合光组件114以及聚焦透镜115。
[0027]
光源组件101包括：发光组件1011、第三光引导组件1012、光隔离器1013、光斑矫正组件1014、第一光引导组件1015以及第一分光器件1016。
[0028]
发光组件1011用于产生激光束，发光组件1011出射的激光束可射入1/2波片(图中未示出)，被1/2波片调整偏振方向。
[0029]
第三光引导组件1012设置于发光组件1011的出射光路上，其用于对激光束进行反射和/或透射，被第三光引导组件1012透射的激光束入射至第一分光器件1016；具体地，被第三光引导组件1012透射的激光束入射至光隔离器1013。
[0030]
光隔离器1013设置于发光组件1011的出射光路上，其用于控制激光束单向传播。
[0031]
光斑矫正组件1014设置于光隔离器1013的出射光路上，其用于矫正光隔离器1013输出的激光束；具体地，由于激光器出射的激光束的光斑可能是椭圆状的，采用光斑矫正组件1014将光斑的形状改回正圆；进一步地，光斑矫正组件1014包括第一柱面透镜与第二柱面透镜(图中未示出)，第一柱面透镜可以为一个凹面镜，第二柱面透镜可以为凸面镜。
[0032]
第一光引导组件1015设置于光斑矫正组件1014的出射光路上，其用于将光斑矫正组件1014输出的激光束引导至第一分光器件1016。
[0033]
第一分光器件1016设置于发光组件1011的出射光路上，其用于将激光束分成第一抽运激光束与第一探测激光束；具体地，第一分光器件1016设置于第一光引导组件1015的出射光路上，其可对第一光引导组件1015出射的激光束进行分光；例如，可将激光束分成水平偏振激光束与竖直偏振激光束，竖直偏振激光束可以通过第一分光器件1016，而水平偏振激光束被第一分光器件1016反射，可将竖直偏振激光束作为第一抽运激光束，并将水平偏振激光束作为第一探测激光束，两束激光的偏振方向相互垂直，使得第一抽运激光束和第一探测激光束得以区分。
[0034]
在一具体的实施例中，还可以设置一起偏器(图中未示出)，该起偏器设置于第一光引导组件1015的出射光路上，其装在可以旋转调节的调整架(图中未示出)上，通过旋转起偏器可以改变激光束在水平方向和竖直方向上的分量比例，从而改变两束激光的强度之比，实现不同比例的分配。
[0035]
第二滤光片108设置于第一抽运激光束的光路上，其用于对第一分光器件1016输出的激光束进行滤除，以使得第一抽运激光束入射至电光调制器102；具体地，第二滤光片108设置于第一分光器件1016的反射光路上。
[0036]
第一反射组件109设置于第二滤光片108的出射光路上，其用于将第二滤光片108输出的第一抽运激光束反射至电光调制器102；第一抽运激光束经过电光调制器102后，激
光强度将被加载某种特定波形和频率的信号，生成第二抽运激光束。
[0037]
控制装置107包括信号发生器1071，信号发生器1071与电光调制器102连接，电光调制器102用于接收信号发生器1071产生的载波信号，利用载波信号对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束；热能在待测样品200内部的穿透深度与调制频率成正相关关系，通过改变调制频率可以调节第二抽运激光束造成的热穿透深度，以便对待测样品200的热物性进行测量；使用电光调制器102可以实现更小的热穿透深度，从而实现对界面热输运性质的测量。
[0038]
延迟装置103包括电控位移平台1031以及设置于电控位移平台1031上的第二反射组件1032，电控位移平台1031与控制装置107连接，其用于接收控制装置107输出的延迟信号，基于延迟信号调整第二反射组件1032在电控位移平台1031上的位置，以调整第二探测激光束与第二抽运激光束到达待测样品200的时间间隔；具体地，如图3所示，电控位移平台1031包括底座31以及设置在底座31上的可移动平台32，可移动平台32可在底座31上沿着水平方向和/或竖直方向移动，以带动设置在可移动平台32上的第二反射组件1032移动，实现调整第二抽运激光束的光程。
[0039]
进一步地，如图2所示，控制装置107还包括移动控制器1072，移动控制器1072与可移动平台32连接，其用于向可移动平台32发送延迟信号，以使得可移动平台32带动第二反射组件1032移动。
[0040]
第二光引导组件110设置于第一探测激光束的光路上，其用于将第一探测激光束引导至倍频器104；具体地，第二光引导组件110设置于第一分光器件1016的透射光路上，将从第一分光器件1016出射的第一探测激光束引导至倍频器104。
[0041]
第三滤光片111设置于倍频器104的出射光路上，其用于对倍频器104输出的激光束进行滤除，以使得第二探测激光束入射至第二分光器件112，能够滤除第一探测激光束，保证只有第二探测激光束进入第二分光器件112。
[0042]
第二分光器件112设置于倍频器104的出射光路上，其用于将倍频器104输出的第二探测激光束反射至合光组件114，具体地，第二分光器件112设置于第三滤光片111的出射光路上；偏振方向调整器件113设置于第二分光器件112的光路上，其用于调整第二探测激光束的偏振方向与探测反射激光束的偏振方向，探测反射激光束经偏振方向调整器件113透射至第二分光器件112，然后被第二分光器件112透射至探测器105。
[0043]
合光组件114设置于延迟装置103的出射光路以及电光调制器102的出射光路上，其用于对第二抽运激光束与第二探测激光束进行合成，得到合成激光束，并将合成激光束射入待测样品200，合光组件114可以为冷光镜。聚焦透镜115设置于合光组件114的出射光路上，其用于将合成激光束聚集至待测样品200的表面，聚焦透镜115可以为物镜。
[0044]
在一具体的实施例中，偏振方向调整器件113可以为1/4波片，假设第二探测激光束的偏振方向为水平方向，第二抽运激光束的偏振方向为竖直方向，从第三滤光片111出射的第二探测激光束被第二分光器件112反射至1/4波片，偏振方向改变了45度，从1/4波片出射的第二探测激光束入射至合光组件114，经过合光组件114与聚焦透镜115射向待测样品200的表面，再被待测样品200的表面反射形成探测反射激光束，探测反射激光束经过聚焦透镜115与合光组件114进入1/4波片，偏振方向改变了45度，此时相对于从第三滤光片111出射的第二探测激光束，偏振方向改变了90度，即从1/4波片出射的探测反射激光束的偏振
方向为垂直方向，此时探测反射激光束在进入第二分光器件112后，被第二分光器件112透射至第一滤光片106，实现将探测反射激光束与第二探测激光束区分开。
[0045]
继续参阅图2，控制装置107还包括采集处理电路1073，采集处理电路1073与探测器105连接，其用于对热反射信号进行调解，得到待测样品200的表面温度随时间变化的真实曲线，利用真实曲线得到热物性参数。
[0046]
进一步地，采集处理电路1073可以为锁相放大器，通过锁相放大器可提取和放大有用的信号，从而得到待测样品200的表面温度随时间变化的衰减曲线(即真实曲线)，再与利用热传输模型计算的待测样品200的表面温度随时间变化的衰减曲线(即理想曲线)进行拟合，最终可得到未知的热物性参数。具体地，通过不断调整热物性参数的取值，使温度衰减曲线的理论计算结果与实验测量结果之间的误差最小，即可确定出热物性参数的真实值。
[0047]
在一具体的实施例中，控制装置107还包括电光调制驱动器(图中未示出)，电光调制驱动器可以为模拟信号驱动器，利用该模拟信号驱动器可以将第一抽运激光束调制为高质量的正弦波输出，相比数字信号驱动器，探测器105所采集的信号中的高次谐波噪声将大大降低，因此在实际使用中锁相放大器可以工作在低噪声档，有助于提高信噪比。
[0048]
继续参阅图2，控制装置107还包括处理器1074，其与信号发生器1071、移动控制器1072以及采集处理电路1073连接，用于对信号发生器1071、移动控制器1072以及采集处理电路1073进行控制，或者接收信号发生器1071、移动控制器1072或采集处理电路1073发送的信号；例如，可对电控位移平台1031移动的步长和时间进行控制，对信号发生器1071输出的载波信号的频率和电压进行控制，对锁相放大器的积分时间和数据采集进行控制，积分时间表示的是锁相放大器对多长时间段内的信号提取平均幅值或相位等信号，积分时间越长对滤除环境带来的噪声越有利，但是积分时间过长，导致采集数据的时间也相应延长，然而各种设备都有自身的稳定时间，所以增长数据采集时间可能增加很多不确定性，不利于正确获得测量结果，因此需要设置一个合适的积分时间；另外，还可对采集到的数据进行处理，以得到待测样品200的热物性参数。
[0049]
在一具体的实施例中，如图4所示，双波长飞秒抽运探测热反射系统还包括：光谱仪41，光谱仪41设置于第三光引导组件1012的反射光路上，其用于采集被第三光引导组件1012反射的激光束的光谱，以检测激光束的波长。
[0050]
可以理解地，还可以采集第二抽运激光束的光谱与第二探测激光束波长的光谱，通过对光谱进行检测，可确定出相应的激光束的波长是否符合要求；此外，还可利用示波器对激光束的波形进行检测，以确定激光束的稳定性。
[0051]
在另一具体的实施例中，如图5所示，发光组件1011可包括第一发光器件51与第二发光器件52，第一发光器件51用于产生第一抽运激光束；第二发光器件52用于产生第一探测激光束；第三光引导组件1012设置于第一发光器件51以及第二发光器件52的出射光路上，其用于将第一抽运激光束透射至第一分光器件1016，将第一探测激光束反射至第一分光器件1016。
[0052]
本实施例通过第一滤光片106滤除抽运光，能够将抽运光对测量信号的影响降到最低；通过合光组件114可将第二抽运激光束与第二探测激光束合为一束共线光，共线的设计使得调试更加简单，且聚焦后光斑的形状更接近正圆；此外，还可通过调整载波信号的频
率，使得电光调制器102输出的第二抽运激光束不同，可实现多频率探测，同时得到薄膜热导率、比热容以及界面热阻等热物性参数。
[0053]
请参阅图6，图6是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第三实施例的结构示意图，该系统包括：发光组件601、第一分光器件602、电光调制器603、倍频器604、延迟装置605、探测器606、第一滤光片607以及控制装置608。
[0054]
发光组件601用于产生激光束，发光组件601可以包括一个激光器或多个激光器，以产生激光束，该激光器可以为钛蓝宝石脉冲激光器。
[0055]
第一分光器件602设置于发光组件601的出射光路上，其用于将激光束分成第一抽运激光束与第一探测激光束；具体地，第一分光器件602可以为偏振分光棱镜，竖直偏振的激光束可被反射至电光调制器603，水平偏振的激光束可被透射至倍频器604，实现对激光束的分光。
[0056]
电光调制器603设置于第一分光器件602的反射光路上，即第一分光器件602设置于第一抽运激光束的光路上，其用于对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束，该第二抽运激光束入射至待测样品200的表面。
[0057]
倍频器604设置于第一分光器件602的透射光路上，即倍频器604设置于第一探测激光束的光路上，其用于调整第一探测激光束的波长，得到第二探测激光束，该第二探测激光束入射至待测样品200的表面。
[0058]
延迟装置605设置于倍频器604的出射光路上，其用于对第二探测激光束进行延迟；相对于第二抽运激光束，第二探测激光束到达待测样品200的表面的时间可通过延迟装置605进行控制，延迟装置605的移动精度可以达到微米级别，对应的延迟时间的精度为飞秒级别，所以可以测量在纳秒时间范围内的热传输行为。
[0059]
探测器606设置于待测样品200的反射光路上，其用于接收探测反射激光束，对探测反射激光束进行光电转换处理，生成电压信号，该探测反射激光束为被待测样品200反射的第二探测激光束。
[0060]
第一滤光片607设置于待测样品200的反射光路上，其用于对输入至探测器606的激光束进行滤除，以使得探测反射激光束入射至探测器606；具体地，第一滤光片607可以为窄带滤光片，通过使用第一滤光片607能够将抽运光(包括第一抽运激光束和第二抽运激光束)与探测光(包括第一探测激光束和第二探测激光束)彻底滤除，保证只有探测反射激光束进入探测器606，解决常规单波长系统中信噪比较低的问题，能够大幅提高测量精度，窄带滤光片滤除抽运光的效率可以达到10-3
至10-4
。
[0061]
控制装置608与延迟装置605以及探测器606连接，其用于接收探测器606输出的电压信号，并将电压信号转化为热反射信号；调整延迟装置605的延迟时间，以得到不同时间下的热反射信号，并对热反射信号进行分析处理，得到待测样品200的热物性参数。
[0062]
本实施例中第二探测激光束的波长与第二抽运激光束的波长不同，能够实现双波长激光抽运探测；在两束激光经待测样品200反射到达探测器606之前，可以使用窄带滤光片滤除第二抽运激光束，可解决常规单波长系统中信噪比过低的问题，能够大幅提高测量精度，实现对待测样品200的表面反射率变化的精确测量。
[0063]
请参阅图7，图7是本申请提供的双波长飞秒抽运探测热反射系统第四实施例的结构示意图，本实施例中双波长飞秒抽运探测热反射系统除了包括第三实施例中的器件之
外，还包括：光隔离器609、光斑矫正组件610、第一光引导组件611、第二滤光片612、第一反射组件613、第二光引导组件614、第三滤光片615、第二分光器件616、偏振方向调整器件617、合光组件618以及聚焦透镜619。
[0064]
光隔离器609设置于发光组件601的出射光路上，其用于控制激光束单向传播；具体地，光隔离器609可以保证具有一定偏振方向的激光束只能从一侧通过，有效地阻止反射回来的激光束进入发光组件601，从而避免发光组件601由于过热而出现不稳定甚至是损坏的状况。
[0065]
光斑矫正组件610设置于光隔离器609的出射光路上，其用于矫正光隔离器609输出的激光束。
[0066]
第一光引导组件611设置于光斑矫正组件610的出射光路上，其用于将光斑矫正组件610输出的激光束引导至第一分光器件602。
[0067]
第一分光器件602设置于第一光引导组件611的出射光路上，其用于将激光束分成第一抽运激光束与第一探测激光束；具体地，第一分光器件602可使激光束按一定能量比例分成两束，即第一抽运激光束与第一探测激光束。
[0068]
第二滤光片612设置于第一抽运激光束的光路上，其用于对第一分光器件602输出的激光束进行滤除，以使得第一抽运激光束入射至电光调制器603；具体地，从第二滤光片612出射的第一抽运激光束射入第一反射组件613。
[0069]
第一反射组件613设置于第二滤光片612的出射光路上，其用于将第二滤光片612输出的第一抽运激光束反射至电光调制器603。
[0070]
控制装置608包括信号发生6081，信号发生6081与电光调制器603连接，电光调制器603用于接收信号发生6081产生的载波信号，利用载波信号对第一抽运激光束进行调制，得到第二抽运激光束。
[0071]
在一具体的实施例中，还可设置第一扩束器(图中未示出)，第一扩束器设置于电光调制器603的出射光路上，用于将第二抽运激光束的光束直径扩大；具体地，由于光束直径越大，在传播相同距离后发散角度越小，因而为了减少第二抽运激光束因经过的路程较长而发散，可增大第二抽运激光束的光束直径，例如，经过第一扩束器后，第二抽运激光束的光束直径增大到原来的2倍。
[0072]
第二光引导组件614设置于第一探测激光束的光路上，其用于将第一探测激光束引导至倍频器604；第一探测激光束经过倍频可以产生二次谐波，其波长缩短为原来的一半，得到第二探测激光束，该第二探测激光束具有和第一探测激光束相同的频率和相近的脉冲宽度，从而实现双波长光路设计。
[0073]
第三滤光片615设置于倍频器604的出射光路上，其用于对倍频器604输出的激光束进行滤除，以使得第二探测激光束入射至延迟装置605，能够阻止第一探测激光束进入延迟装置605。
[0074]
延迟装置605包括电控位移平台6051以及设置于电控位移平台6051上的第二反射组件6052，电控位移平台6051与控制装置608连接，其用于接收控制装置608输出的延迟信号，基于延迟信号调整第二反射组件6052在电控位移平台6051上的位置，以调整第二探测激光束与第二抽运激光束到达待测样品200的时间间隔。
[0075]
进一步地，如图7所示，控制装置608还包括移动控制器6082，移动控制器6082与电
控位移平台6051连接，其用于向电控位移平台6051发送延迟信号，以使得电控位移平台6051带动第二反射组件6052移动；具体地，从第三滤光片615出射的第二探测激光束入射至第二反射组件6052，然后被第二反射组件6052反射至第二分光器件616。
[0076]
通过移动控制器6082可对第二探测激光束的延迟时间进行控制，电控位移平台6051可使用60cm的超长位移平台；第二反射组件6052包括两个反射镜(图中未示出)，采用双次反射的光路设计，实现可测信号的时间长度达到8ns秒，不仅拓宽了可观测的时间范围，同时也可以大大提高对待测样品200的热物性测量的准确度。
[0077]
进一步地，随着电控位移平台6051的移动，第二探测激光束传播的光程逐渐变化，由于激光在传播过程中逐渐发散，因此入射至待测样品200的第二探测激光束的光斑尺寸将发生改变，为了降低光斑尺寸变化对测量的影响，可在第二探测激光经过延迟装置605之前，利用第二扩束器(图中未示出)进行扩束，即第二扩束器设置于第三滤光片615的出射光路上，可将第二探测激光束的光束直径扩大，比如扩大2倍或3.3倍；通过扩束尽可能地减小了第二探测激光束的发散角，从而将延迟装置605对光斑尺寸的影响降低到最小。
[0078]
在一具体的实施例中，还可设置缩束器(图中未示出)，缩束器设置于延迟装置605的出射光路上，用于将延迟装置605输出的第二探测激光束的光束直径缩小，比如缩小至原来的1/4。
[0079]
第二分光器件616设置于延迟装置605的出射光路上，其用于将经延迟装置605延迟的第二探测激光束反射至合光组件618；偏振方向调整器件617设置于第二分光器件616的光路上，其用于调整第二探测激光束的偏振方向与探测反射激光束的偏振方向；具体地，探测反射激光束经偏振方向调整器件617透射至第二分光器件616，然后被第二分光器件616透射至探测器606，偏振方向调整器件617可以为1/4波片。
[0080]
合光组件618设置于延迟装置605的出射光路以及电光调制器603的出射光路上，其用于对第二抽运激光束与第二探测激光束进行合成，得到合成激光束，并将合成激光束射入待测样品200。
[0081]
聚焦透镜619设置于合光组件618的出射光路上，其用于将合成激光束聚集至待测样品200的表面。
[0082]
探测光路上的第二分光器件616和1/4波片可以将待测样品200的表面反射的探测反射激光束从光路中分离出来；具体地，通过延迟装置605后的第二探测激光束的偏振方向为水平方向，可以完全通过第二分光器件616；第二探测激光束在到达待测样品200前后两次经过1/4波片，其偏振方向由水平方向变为竖直方向，在返回至第二分光器件616时被完全反射出来。由于第二探测激光束所携带的信号可能比较微弱，所以即使有少量的第二抽运激光束到达探测器606都将严重影响到测量信号，为了降低干扰，在探测器606前放置了第一滤光片607，第一滤光片607对第二抽运激光束的滤除效率远高于依靠偏振方向滤除的滤除效率，第一滤光片607可以为高选择透过性滤光片。
[0083]
控制装置608还包括采集处理电路6083，采集处理电路6083与探测器606连接，其用于对热反射信号进行调解，得到待测样品200的表面温度随时间变化的真实曲线，利用真实曲线得到热物性参数。
[0084]
进一步地，采集处理电路6083可以为锁相放大器，合成激光束进入探测器606后，其对应的光强信号被转化为电压信号，并被输送到锁相放大器，锁相放大器可提取有用的
信号；通过改变延迟时间，可以得到热反射信号随时间变化的曲线。
[0085]
在一具体的实施例中，信号发生6081提供的载波信号为方波信号，而锁相放大器的滤波原理也是通过将待测信号与参考的方波信号相乘而实现，所以方波所携带的奇次高频分量无法被锁相放大器滤除，影响信号的准确度，此时可在探测器606与锁相放大器之间加上一个滤波放大电路，以对探测器606输出的电压信号进行滤除。
[0086]
可以理解地，延迟装置605的数量并不仅限于一个，可以在探测光路与抽运光路上均设置可以延时的装置，记作第一延迟装置与第二延迟装置(图中未示出)，第一延迟装置与第二延迟装置的移动范围可以不同，可以根据具体应用需求进行设置，在此不作限定；比如，第一延迟装置为探测光路上的延迟装置，其位移长度为60cm，第二延迟装置为抽运光路上的延迟装置，其位移长度为5cm；当解决非平衡热输运问题时，可以利用5cm的第二延迟装置，而当解决几百ps至ns的时间范围内的热输运问题时，可以采用60cm的第一延迟装置。
[0087]
控制装置608还包括处理器6084，其与信号发生6081、移动控制器6082以及采集处理电路6083连接，用于对信号发生6081、移动控制器6082以及采集处理电路6083进行控制，或者接收信号发生6081、移动控制器6082以及采集处理电路6083发送的信号；例如，可对电控位移平台6051移动的步长和时间进行控制，对信号发生6081输出的载波信号的频率和电压进行控制，对锁相放大器的积分时间和数据采集进行控制；此外，还可对采集到的数据进行处理，以得到待测样品200的热物性参数。
[0088]
在一具体的实施例中，还可在探测器606之前加入可以移除的铝膜反射镜，以将探测反射激光束反射至与计算机连接的ccd(charge-coupled device，电荷耦合元件)相机，通过ccd相机可以观察待测样品200的表面的质量以及第二抽运激光束与第二探测激光束的光斑重合程度。此外，如果光斑重合程度不符合要求，可通过控制装置608来控制合光组件618发生角度偏转，以改变第二抽运激光束的光斑或第二探测激光束的光斑位置，使得第二抽运激光束的光斑与第二探测激光束的光斑精确重合，可以消除由于环境温度变化，光学元件振动引起的光斑重合程度降低的问题，实现自动控制光斑重合程度，控制精度较高，且可以实时观察待测样品200的表面的微观结构，实现测量位置的精密控制和微观结构热导率的精密测量。
[0089]
本实施例中利用合光组件618与第二分光器件616设计了原路返回的光路，原路返回的光路设计具有光路简洁、有效的特点；同时在第二探测激光束进入探测器606之前，使用高选择透过性滤光片将第二抽运激光束彻底滤除，可提升信噪比，大幅提高测量精度，实现对待测样品200的表面反射率变化的精确测量，且可测信号的时间长度较长，不仅拓宽了可观测的时间范围，同时也大大地提高了测量的准确性。
[0090]
以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。