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原文传递基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置

专利名称：	基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置
摘要：	本发明公开了一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法及装置。解决了等离子体闪光法对薄膜损伤识别的误判问题，技术方案是：用至少三个探测器分别获取空气和薄膜等离子体闪光信号及入射激光信号，以后者为基准，得到空气和薄膜等离子体闪光点燃时间，准确分辨出空气和薄膜等离子体闪光，消除误判。实现步骤是分别采集基准和闪光信号；获取基准和闪光信号起始时刻；以基准和闪光信号起始时刻之差作为闪光点燃时间；建模计算闪光点燃时间；比较并得出损伤识别判据。本发明建立的点燃时间计算模型，可针对任意单层薄膜；装置结构简单，测量精度达0.1ns，能准确进行薄膜损伤识别，可靠性好。本发明应用于强激光作用下的光学薄膜损伤判别。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安工业大学
发明人：	苏俊宏;黄钉劲;汪桂霞;徐均琪;时凯;梁海锋;杨利红;吴慎将;万文博;李建超
专利状态：	有效
申请日期：	2018-09-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201811022571.X
公开号：	CN109682795A
代理机构：	陕西电子工业专利中心
代理人：	程晓霞
分类号：	G01N21/73(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	710021 陕西省西安市未央区学府中路2号
主权项：	1.一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，其特征在于，包括有如下步骤：步骤一用不同的探测器采集基准信号和闪光信号：用不同光电探测器分别采集入射激光信号、空气和薄膜等离体子闪光信号，把所有采集信号同步送入信号接收装置并显示各自信号波形；步骤二获取基准信号和闪光信号起始时刻：将信号接收装置中的入射激光信号、空气和薄膜等离子体闪光信号数据进行处理，以入射激光信号为基准信号，获取入射激光信号、空气等离子体闪光信号各自的起始时刻；步骤三以基准信号和闪光信号起始时刻之差作为等离子体闪光点燃时间：以入射激光信号与空气等离子体闪光信号的起始时刻之差作为空气等离子体闪光点燃时间；以入射激光信号与薄膜等离子体闪光信号的起始时刻之差作为薄膜等离子体闪光点燃时间；步骤四建模并计算等离子体闪光点燃时间：对空气等离子体闪光点燃时间建模，利用空气击穿过程中的电子密度ne随时间t的变化率公式得到空气等离子体闪光点燃时间tb；对薄膜等离子体闪光点燃时间建模，计算得到薄膜等离子体点燃时间tm；步骤五判断：对比空气等离体子闪光点燃时间tb和薄膜等离体子闪光点燃时间tm，当tb＝tm时，说明空气和薄膜等离体子闪光同时产生，此现象发生几率很小；当tb≠tm时，空气和薄膜等离体子闪光未同时产生，可准确分辨；步骤六损伤识别技术判据：当tb＜tm时，空气等离子体闪光先于薄膜等离子闪光发生，以后面闪光信号为判别薄膜损伤信号；当tb＞tm时，薄膜等离子体闪光先于空气等离子闪光发生，以前面闪光信号为判别薄膜损伤信号，以判别出的薄膜损伤信号送入计算机参与薄膜的损伤识别，获得更加准确的薄膜损伤数据。 2.如权利要求1所述的基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，其特征在于：步骤四所述的对空气等离子体闪光点燃时间建模，具体是：式中，ne为空气击穿过程中的电子密度，t为时间，τp为激光脉宽，E为入射激光能量，r为激光聚焦光斑半径，N为空气分子密度，k为电离一个原子需要同时吸收的光子数，σ为原子阶跃的光子吸收截面，h＝6.626×10-34为普朗克常数，q为空气系数，vm为电子动量转移碰撞频率，c＝3×108(m/s)是光速，λ为入射激光波长，n＝1.0003为空气折射率。 3.如权利要求2所述的基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的方法，其特征在于：通过空气等离子体闪光点燃时间模型得到电子密度ne随时间t变化的曲线，再从该曲线中选取空气被击穿时刻点，选取原则为在常温常压的空气中，空气击穿的时刻为电子密度ne等于1013cm-3对应的时刻。 4.一种基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的装置，由激光器发出的强激光经过滤光片、衰减器，并由聚焦系统聚焦于被测样品台处的薄膜附近诱导薄膜被击穿而产生等离子体闪光，用探测器接收闪光，能量计实时读取分束器的反射光能量，计算机为操作控制台，其特征在于，所述探测器至少为三个，其中两个分别置于水平面上沿激光出射方向闪光信号的左右对称位置，左侧为薄膜等离子体闪光信号探测器，右侧为空气等离子体闪光信号探测器，另外一个入射激光信号探测器设置在聚焦系统的第一个透镜侧后方，入射激光信号探测器前加设有衰减片组，探测器采集入射激光和等离子体闪光信号并转换为电信号，以上探测器所得信号同步传输至信号接收装置。 5.根据权利要求4所述的基于等离子体点燃时间判别薄膜损伤的装置，其特征在于，所述入射激光信号探测器前加设的衰减片组，衰减片组由透过率为10％以内。
所属类别：	发明专利