半透明薄膜材料的热导率测试装置的制造方法
【专利说明】
[0001]技术领域:
[0002]本实用新型涉及一种半透明薄膜材料的热导率测试装置。
[0003]【背景技术】:
[0004]热导率又称导热系数，反映物质的热传导能力，需要测量样品S的温度分布随时间的变化，一般通过测量这种温度的变化来推算导热系数。激光闪射法是导热测试领域最为广泛使用的一种方法，用于精确测量材料的热扩散系数并计算导热系数。现有的热导率测试装置通常是基于透射或者反射模式，具体哪种情况与测试样品S的透过率是有关系的，当光入射到透明或半透明材料表面时，一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分可以透射过去，通常以上三种情形同时发生，如果样品S厚度很大且材料不透明，必须采用反射(AR)模式进行测量，此种情况下也不必考虑透射对实验结果的影响；如果样品S厚度很小或者是透明的，通常需要采用的是透射(ΛΤ)模式进行测量。在科学实验和实际应用中，需要用到一些纳米薄膜和半透明薄膜，通常是金属、半导体或者有机材料，在这种情况下，单纯地考虑透射或者反射的结果，都会造成实验结果的偏差，反射和透射的实验结果通常是不相同的，因为入射光强等于反射光强、透射光强和吸收光强之和，所以在入射光强一定的情况下，反射光强变化、透射光强变化和吸收光强变化之和为零，在计算吸收光谱时单一考虑透射率或者反射率会遗漏薄膜材料的基本的光学信息，因此原有装置存在以下缺点:1.原有装置无法对半透明薄膜材料进行热导率的测量；；2.原有装置中的可调脉冲激光和连续激光在经反射镜反射后不共线，因此两束激光经过透镜聚焦在样品表面之后，不易调节光斑重合，增加了信号调节的难度；3.原有装置对于反射到探测器的光无参考光对其平衡，导致无法克服激光器不稳定带来的噪声。本装置在原有的瞬态反射/透射实验基础上，综合考虑透射和反射装置的特点，针对半透明薄膜搭建了能够基于透射和反射模式测量热导率的实验装置。
[0005]【实用新型内容】:
[0006]本实用新型的目的是提供一种半透明薄膜材料的热导率测试装置。
[0007]上述的目的通过以下的技术方案实现:
[0008]一种半透明薄膜材料的热导率测试装置，其组成包括:光学平台，所述的光学平台上装有输出可调脉冲激光激光器和可输出连续激光的氦氖连续激光器，连续激光经过二分之一玻片HP2，再经过一个偏振分束片分为两束，检测温度的娃探测器安装在激光器输出的可调脉冲激光经过玻璃薄片的反射方向上，两束光路上分别装有双路探测器，所述的输出可调脉冲激光激光器和可输出连续激光的氦氖连续激光器安装在当连续激光与可调脉冲激光经过两路光学系统使两种光经二相色镜后共线的位置上。
[0009]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，经过半透明薄膜材料反射的部分激光经过透镜LI和分束片BSl反射，入射到反射镜M4、反射镜M5上，通过滤光片F2进入双路探测器AD2的第一路；经过半透明薄膜材料透射的部分激光经过透镜L2和滤光片Fl进入到双路探测器ADl的第一路。
[0010]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，所述的可输出连续激光的氦氖连续激光器发出的激光经二分之一玻片HP2、偏振分束片后进入分束片BS2，所述的分束片BS2将激光分为透射和反射两部分经过一组反射镜的反射进入双路探测器ADl和AD2的第二路。
[0011]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，所述的二分之一玻片HP2位于与连续激光垂直位置；所述的偏振分束片在所述的二分之一玻片HP2的后方，并且所述的偏振分束片位于与连续激光垂直位置；所述的二相色镜在可调脉冲激光经过的反射镜Ml的反射方向光路上。
[0012]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，所述的玻璃薄片位于可调脉冲激光45°进入的位置上，温度探测器为硅探测器，所述的温度探测器位于所述的玻璃薄片反射后的可调脉冲激光光路上，所述的硅探测器电连接示波器。
[0013]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，二分之一玻片HPl位于所述的玻璃薄片的后方，并且所述的二分之一玻片HPl位于与可调脉冲激光垂直位置；偏振片在所述的二分之一玻片HPl的后方，并且所述的偏振片位于与可调脉冲激光垂直位置。
[0014]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，反射镜Ml在所述的偏振片的后方，所述的反射镜Ml与所述的玻璃薄片垂直，并且所述的反射镜Ml位于可调脉冲激光光路上；所述的二相色镜位于使所述的反射镜Ml反射后的可调脉冲激光与连续激光汇交于同一点的位置上。
[0015]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，所述的双路探测器中的安装在第一条光路的双路探测器ADl在连续激光经过所述的二相色镜的反射方向光路上，并且该光路通过分束片BS1、透镜L1、样品S、透镜L2、滤光片Fl;所述的双路探测器ADl位于二相色镜反射后的连续激光垂直位置光路上，所述的双路探测器ADl与示波器电连接。
[0016]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，所述的两路光学系统的光学器件的位置:
[0017]分束片BS2安装在连续激光经过的偏振分束片的垂直分束方向光路上，所述的分束片BS2与所述的偏振分束片分束的连续激光成45° ;
[0018]反射镜M6安装在连续激光经过的所述的偏振分束片的垂直分束方向的光路上，所述的反射镜M6在所述的分束片BS2的后方并且垂直；
[0019]反射镜M7在连续激光经过所述的反射镜M6的反射方向光路上，所述的反射镜M7与所述的反射镜M6平行；所述的反射镜M7反射的连续激光垂直穿过滤光片Fl与进入双路探测器ADl;
[0020]反射镜M2在连续激光经过分束片BS2的反射方向光路上，所述的反射镜M2安装在与所述的分束片BS2反射的连续激光光路上，所述的反射镜M2与所述的分束片BS2平行；
[0021]反射镜M3在连续激光经过的所述的反射镜M2的反射方向光路上，所述的反射镜M3安装在与所述的反射镜M2反射的连续激光光路上，所述的反射镜M3与所述的反射镜M2
垂直；
[0022]反射镜M4安装在与连续激光经过样品S反射后，又经过所述的分束片BSl的反射方向的光路上，所述的反射镜M4与所述的分束片BSl垂直，所述的反射镜M4安装在与所述的分束片BSl反射的连续激光的光路上；
[0023]反射镜M5安装在连续激光经过的所述的反射镜M4的反射方向光路上，所述的反射镜M5安装在与所述的反射镜M4反射的连续激光光路上，所述的反射镜M5与所述的反射镜M4垂直；所述的反射镜M5和所述的反射镜M3反射的连续激光穿过滤光片F2进入所述的双路探测器AD2;
[0024]滤光片F2与所述的反射镜M5反射的连续激光光路垂直，所述的滤光片F2与所述的反射镜M3反射的连续激光的光路垂直；所述的双路探测器AD2与示波器电连接。
[0025]所述的半透明薄膜材料的热导率测试装置，可调脉冲激光激光器为钕YAG纳秒激光器，采用的激光波长为532纳米；可输出连续激光的氦氖连续激光器的采用的激光波长为633纳米。
[0026]有益效果:
[0027]1.本实用新型样品S采用半透明薄膜材料，通过采用可调脉冲激光的波长不能通过，而连续激光的波长能通过的半透明薄膜材料，只利用连续激光的信号进行材料热导率测量的方法，代替了原有装置中不同波长均能通过或均不能通过进行材料热导率测量的方法，因此利用本实用新型不仅可对透明和非透明材料进行热导率测试，同时填补了对半透明薄膜材料的热导率测试的空白。
[0028]本实用新型采用连续激光与可调脉冲激光在二相色镜交于一点的方法，可使两种光经二相色镜后共线，可调脉冲激光作用在样品S表面后反射，利用连续激光对样品S表面的温度进行测量，可以得到脉冲激光在间断时间内的样品S温度的变化值，同时两束激光经过透镜后在样品上聚焦为一点，更易于调节信号。
[0029]本实用新型采用双路探测器来平衡连续激光，连续激光经过二分之一玻片HP2，再经过一个偏振分束片分为两束，透射的部分作为探测样品S表面温度的探测光，在纳秒激光脉冲作用后，使用连续激光进行表面温度测量，经过半透明薄膜材料反射的部分经过透镜LI和分束片BSl反射，入射到反射镜M4、反射镜M5上，通过滤光片F2进入双路探测器AD2的第一路；经过半透明薄膜材料透射的部分经过透镜L2和滤光片Fl进入到双路探测器ADl的第一路；偏振分束片反射的部分再经过一个分束片BS2，分为透射和反射两部分，分别作为透射信号和反射信号的参考光，起到一个平衡探测光作用，分别经过M2、M3、M6和M7反射进入双路探测器ADl和AD2的第二路中；因此能够稳