强激光辐照光学元件的光热效应探测系统开题报告.doc

中 北 大 学 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 光电工程专业 设 计 题 目： 强激光辐照光学元件的光热效应探测 系统的研究 指导教师: 2014 年 3 月 3 日 毕 业 设 计 开 题 报 告 1．结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述 1.1 本课题研究的背景 早在20世纪70年代, 国外就已经开始了光热效应探测方面的研究, 国内虽起步较晚,但至今仍未停止这方面的研究。光热检测技术具有无损、无接触、较高的精度、较高的信噪比和空间分辨率等特点, 因此从20 世纪70 年代以来, 一直备受科技工作者的关注。其应用领域也从最初的气体检测扩大到固体、液体等物体的检测, 在国内也翻译和出版了关于光热效应的专著。 在光热效应的产生的几种效应中，以物质吸收光能而产生无辐射去激发的热效应为首要效应，进而引发其他的各种效应。虽然光热效应导致声波的激发因高灵敏度的声传感器发展最早及检测技术的简便而被最先得以研究和应用，但是随着热传感器的发明以及各种测热技术的发展，测量光热效应中热量的产生和热波传导的研究亦越来越受到各国研究者的重视。 现在,光热检测技术已在固体和液体检测、光学薄膜材料的传热特性、气体分析、材料表面和界面性质、生物医药等领域得到广泛应用。 1.2 国内、外技术发展现状 1.2.1国内研究情况 我国对热波检测技术的应用研究起步于1977年，北京大学用光声技术开展了大气 污染的检测工作;中国科学院长春应用化学研究所自1978年以来研制了两种用于气体 和固体检测的光声谱仪，从1979年以来，中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学、 同济大学、浙江大学、南开大学、苏州大学、武汉大学等二十多个单位，相继开展了 光声技术应用研究，研究对象包括半导体材料、无机极性材料、结构材料、有机物质、 金属、生物制品、医疗诊断等，中国科学院上海硅酸盐研究所和南京大学还开展了扫 描电子显微镜和扫描光声显微镜的研究工作，为热波的光声检测技术在我国的应用开 辟了一条新的途径。随着光声技术应用的快速发展，光热检测技术作为一种无损检测 方法己有了应用的结果，在薄膜热物性检测方面，香港理工大学的王聪和以及浙江大学的施柏煊用横向光热偏转方法测试了一些薄膜样品的热扩散率，他们把所得结果与用闪光法得到的结果进行比较，发现两结果很接近，证明了这种方法的可行性。 在对固体材料热扩散深度的检测和垂直于表面裂纹的检测等也已有了检测实例，南京 大学声学研究所的张淑仪院士等也在1984年研究了光束偏转成像方法，在我们实验室 里，1985年起，曾在国家自然基金资助下进行了光热偏转技术应用于固体薄膜光热成 像的研究，并获得了金属铝表面下最深200微米处的缺陷的无损成像检测结果。 1.2.2国际研究现状 上世纪70年代末，由法国学者Bocarra等提出的激光光热光谱技术，由于有超高的灵敏度，应用于材料无损检测的研究近20年来非常活跃。80年代后期后期以来，Busse、Thomas和Rosencwaig，等研究了多种材料的热成像特性并通过热成像方法研究材料的机械特性，国际上许多学者以热传导理论为基础，根据激光激发样品表面的热波向邻近空间的辐射以及样品表面的形变，或用红外传感器，或以光声法、光干涉法等进行检测，发表了许多论文1。如果要考虑非傅立叶传热规律，理论模型和计算方法都需要修正，这也是当前研究的热点之一 光热技术是在Bell发现固体中光声转换现象的基础上，于20世纪80年代与 激光技术，微弱信号检测技术相结合而得到迅速发展的一门新技术。这种技术以物质 的光声、光热效应为基础，通过检测声波或热波信号的幅值或相位可研究物质的光学， 热学，力学等物性，能解决用常规检测方法所无法或难以解决的问题。目前，这种技 术己在物理，化学，材料科学，生物，医学，环境监测，成像技术等领域获得了广泛 的应用，并已形成了一门新的交叉学科，即光声光热学。 光声光热效应在农业、生物和医学中的应用起源于70年代，多年来一直没有显著 的进展，近来有了长足的进展。荷兰Wageningen农业大学研制的光热光谱仪，它能对 植物的叶子在活体状态下进行光热光谱测试。同时，荷兰与东欧一些国家合作利用此设备对植物的光合作用产物进行了试验，得到满意的结果。此外，许多国家的科学 工作者不但测量了植物的新陈代谢情况，而且对人体的皮肤组织以及细菌等进行了光 热研究，或研究其结构，或研究其光化学反应的弛豫过程。这是目前的新发 展趋势之一。 自从70年代近代光声光热学的先驱者A. Rosencwaig等使光热效应广泛应用于物 理、化学及生物医学等