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科研新發現:激光熱源空間調制技術可提升光熱檢測靈敏度

2019年04月12日 11:03 來源:中新網安徽◇

  中新網安徽新聞4月12日電 (記者吳蘭 通訊員周慧)近日,合肥工業大學儀器科學與光電工程學院盧榮勝教授科研團隊提出了一種全新的激光熱源空間調制技術,實現了光學材料激光誘導光熱檢測靈敏度和效率的大幅提升,在強激光材料開發、強激光元器件制備和強激光系統實現等領域具有重要的應用價值。該成果刊發在應用物理類國際權威學術期刊《應用物理快報》2019年第114卷13期上,并同時入選當期特色論文(Featured article)和科學之光(AIP Scilight)。

  大型強激光和激光核聚變研究對提高綜合國力具有重要意義。由于激光能量極高,系統元器件對光學材料品質要求極其苛刻,而對相關設備中大量光學材料的光學吸收和熱物特性進行檢測,是其關鍵技術之一。目前,我國相關科研裝置采用的激光誘導光熱檢測技術,通過對泵浦激光能量的時間調制引發材料周期性局部溫升,測量相應的周期性熱彈性形變對探測激光的調制幅度,獲取并提升檢測信號。然而,由于強激光系統中的光學材料極小的光學吸收和熱膨脹系數,材料的局部溫差和熱彈性形變幅度較小,限制了光熱檢測靈敏度。而對大尺寸元器件逐點檢測需耗費大量時間,其使用效率極低。

  該團隊研究發現,當激光熱源在被測材料表面勻速運動時,材料的加熱可分為瞬態和準穩態兩個過程,在準穩態加熱過程中的熱累積效應提高了材料當前被輻照點的溫度峰值,在一定的冷卻時間后,被輻照過的點將冷卻至環境溫度,從而獲得溫度谷值。由于峰值和谷值差異較大,從而大幅提高輻照點的局部溫差和熱彈性形變,實現高靈敏度的光熱檢測。

  據團隊成員、論文第一作者董敬濤講師介紹,這一成果成功克服了現有基于時間調制的激光誘導光熱檢測技術產生的光學材料局部溫差和熱彈性形變幅度較小的問題。

  團隊針對熔融石英樣品的實驗結果表明,在相同的實驗條件下,這一新型調制方法的靈敏度是現有方法的1.8倍,且可以捕捉到現有方法無法檢測到的微弱吸收缺陷。同時,這一技術可以實現飛行測量,從而大幅提升大尺寸元器件的檢測效率。

  該成果受到國家自然科學基金(51805138)、中央高校基本科研業務費(JZ2018HGBZ0126,JZ2019HGTB0085)和安徽省超光滑表面無損檢測重點實驗室基金(CGHBMWSJC02)的資助。

編輯:劉浩

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