一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统与流程

技术特征：
1.一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法，其特征在于，所述方法包括：对待检测碳化硅进行检测得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0；通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域；通过固定所述待检测碳化硅在x
‑
y平面的位置，调整所述待检测碳化硅在z轴上的位置，得到所述待检测碳化硅在不同z轴位置上的多个拉曼采样点的拉曼信号；其中，所述拉曼采样点在所述损伤区域内，所述x
‑
y平面平行于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面，所述z轴垂直于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面；确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移δω
i
，其中i＝1,2
…
n；根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大时所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：调整所述待检测碳化硅在x轴或y轴上的位置，并使得所述皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成连续损伤得到新损伤区域，其中所述x轴与y轴平行于拉曼光谱仪的内部聚焦平面；根据所述待检测碳化硅的新损伤区域对聚焦平面进行重新确定。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域，包括：通过预设皮秒脉冲激光器的峰值能量、脉冲宽度，在保证碳化硅固定不动的情况下，将所述皮秒激光聚焦在所述待检测碳化硅内部设定的聚焦平面处，对所述待检测碳化硅内部形成损伤，得到所述待检测碳化硅的损伤区域。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移δω
i
，包括：将所述每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω
i
减去所述标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置ω0得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移δω
i
。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移δω
i
通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，包括根据第一公式得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，所述第一公式包括：其中，σ(mpa)表示拉曼残余应力，δω表示当前所计算拉曼采样点的拉曼峰位移，a'表示声子形变势能。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据拉曼残余应力最大时所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面位置，包括：对获得的每个拉曼采样点进行空间标注，得到拉曼残余应力空间分布图，其中拉曼残余应力最大的地方表示真实聚焦平面位置。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述待检测碳化硅在z轴上的位
置，包括：所述待检测碳化硅设置于位移台上，通过固定位移台在x
‑
y水平面的位置，调整所述位移台在z轴方向的位置，从而调整所述待检测碳化硅在z轴上的位置。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调整所述待检测碳化硅在z轴上的位置，还包括：通过调整所述位移台上待检测碳化硅在x轴和y轴上的位置，从而调整所述待检测碳化硅中损伤区域的位置；所述x轴和y轴平行于皮秒激光与共聚焦拉曼的聚焦平面。9.一种碳化硅内部激光聚焦平面检测系统，其特征在于，所述系统包括：位移台，用于通过自身位移带动放置在所述位移台上的待检测碳化硅进行移动；光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，用于对待检测碳化硅进行检测得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置；通过皮秒激光聚焦对所述待检测碳化硅内部形成损伤得到所述待检测碳化硅的损伤区域；通过固定所述待检测碳化硅在x
‑
y平面的位置，调整所述待检测碳化硅在z轴上的位置，得到所述待检测碳化硅在不同z轴位置上的多个拉曼采样点的拉曼信号；确定其中每个拉曼采样点的碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置，与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置得到每个拉曼采样点的拉曼峰位移；根据所述每个拉曼采样点的拉曼峰位移通过双轴模型计算得到所述每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大所对应的拉曼采样点确定真实聚焦平面。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，包括皮秒脉冲激光器、二色分光镜和拉曼光谱仪，其中：所述皮秒脉冲激光器，用于向所述待检测碳化硅发出聚焦后的皮秒激光；所述二色分光镜，用于反射所述皮秒脉冲激光，并透射所述拉曼激光；所述拉曼光谱仪，具体包括：共聚焦拉曼发生器，用于向所述待检测碳化硅发出聚焦后的拉曼激光；物镜，用来聚焦所述皮秒激光或所述拉曼激光；共聚焦针孔，用于滤除聚焦平面以外的杂散信号；分光光谱仪，用于分离不同波长的拉曼信号；ccd探测器，用于根据所述拉曼信号的强度输出碳化硅拉曼光谱；光谱分析模块，用于根据所述碳化硅拉曼光谱进行峰位提取以及拉曼残余应力计算。

技术总结
本申请公开了一种碳化硅内部激光聚焦平面检测方法及系统。该系统包括位移台和光束耦合的皮秒脉冲激光和共聚焦拉曼发生器，通过皮秒激光聚焦对待检测碳化硅内部形成损伤，并得到标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置；调整待检测碳化硅在Z轴上的位置得到多个拉曼采样点的拉曼信号；根据采样点的拉曼峰位置与标准碳化硅拉曼光谱的拉曼峰位置相比得到采样点的拉曼峰位移；进而通过双轴模型计算得到每个拉曼采样点的拉曼残余应力，根据拉曼残余应力最大时所对应的采样点位置确定真实聚焦平面位置。本申请可以实现小范围短时间内对拉曼残余应力的原位检测，快速测量皮秒脉冲激光的实际聚焦平面的位置，计算与设定聚焦平面的误差。计算与设定聚焦平面的误差。计算与设定聚焦平面的误差。


技术研发人员：王振宇 李娟 王添瑜
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/10/26