(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210251220.6 (22)申请日 2022.03.15 (71)申请人 中国科学院上海微系统与信息技 术 研究所 地址 200050 上海市长 宁区长宁路865号 (72)发明人 谭智勇　曹俊诚　 (74)专利代理 机构 上海泰博知识产权代理有限 公司 31451 专利代理师 钱文斌 (51)Int.Cl. G01N 21/3581(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 25/02(2006.01) G02B 27/09(2006.01) G02B 27/30(2006.01) (54)发明名称 一种材料相变过程的成像装置和方法 (57)摘要 本发明涉及一种材料相变过程的成像装置 和方法， 其中， 成像装置包括： 量子级联激光器， 用于在低温环境下发出成像光； 耦合输出结构， 用于收集所述成像光并进行准直； 扩束装置， 用 于将准直后的所述成像光扩束成共焦的多束激 光； 透镜， 用于将所述共焦的多束激光转变为平 行光并照射到样品板上的测试样品； 镜头， 用于 接收穿过所述测试样品的平行光， 并成像于热探 测阵列的敏感面上； 计算机， 用于获取所述热探 测阵列上产生的电信号。 本发明能够有效避免被 测样品因加热 带来的热辐射干 扰。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114660017 A 2022.06.24 CN 114660017 A 1.一种材 料相变过程的成像装置， 其特 征在于， 包括： 量子级联激光器， 用于在低温环境下发出成像光； 耦合输出 结构， 用于收集所述成像光并进行准 直； 扩束装置， 用于将准 直后的所述成像光扩束成共焦的多 束激光； 透镜， 用于将所述共焦的多 束激光转变为平行光并照射到样品板上的测试样品； 镜头， 用于接收穿过 所述测试样品的平行光， 并成像于热探测阵列的敏感面上； 计算机， 用于获取 所述热探测阵列上产生的电信号。 2.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述量子级联激光器 为脊条型端面出光器件， 工作波长为6 0 μm‑250 μm。 3.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述耦合输出结构为 离轴抛物面反射镜， 所述离轴抛物面反射镜的直径焦距比大于或等于1。 4.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述低温环境通过制 冷机实现， 所述量子级联激光器和耦合输出结构均位于所述低温环境内， 所述低温环境设 置有密封窗片， 准 直后的所述成像光 穿过所述密封窗片到 达所述扩束装置 。 5.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述扩束装置为90度 二维摆动反射镜， 所述90度二维摆动反射镜在两个维度上的反射镜沿成像光传播方向的投 影尺寸相同。 6.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述透镜为双凸透 镜。 7.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述样品板的透过率 超过80％。 8.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述镜头 中的光学元 件的材质为高阻硅， 所述热探测阵列的工作波长为6 0 μm‑300 μm。 9.根据权利要求1所述的材料相变过程的成像装置， 其特征在于， 所述扩束装置、 透镜、 样品板、 镜头和热探测阵列通过光路支架竖直依 次排布， 实现桌面式的竖直方向的成像光 路。 10.一种材料相变过程的成像方法， 其特征在于， 采用 如权利要求1 ‑9中任一所述的成 像装置， 包括以下步骤： (1)开启所述成像装置， 将被测样品放置 于所述样品板的正中央； (2)调节所述镜头的焦距和所述扩束装置的调节参数， 使被测样品的图像清晰地显示 于所述热探测阵列上； (3)将被测样品从所述样品板上 取下， 并将所述被测样品调整为第一状态； (4)通过所述计算机开启所述热探测阵列的记录功能； (5)将处于第一状态 的被测样品放回至所述样品板正中央， 采用所述热探测阵列的记 录功能， 获取被测样品由第一状态转变成第二状态的所有图像； (6)选取被测量到的所述被测样品由第一状态转变成第二状态图像进行截面分析， 根 据第一状态和第二状态之间的所有图像记录的时间 间隔计算得到被测样品的相变时间。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114660017 A 2一种材料相变过 程的成像装 置和方法 技术领域 [0001]本发明涉及成像技 术领域， 特别是 涉及一种材 料相变过程的成像装置和方法。 背景技术 [0002]二氧化钒是一种具有相变性质的金属氧化物， 研究表明， 相变前后材料结构的变 化使得二氧化钒对红外光呈现出由透射向反射的可逆转变， 比如正常制备的二氧化钒在其 温度由室温升高至68℃时， 由绝缘相转变成金属相， 当温度下降至 室温时又转变回绝缘相。 对这种可逆相变的研究可以追溯到20世纪60年代， 当前对二氧化钒的研究主要集中于相变 机理以及相变过程的应用。 二氧化钒这种相变后所具有的导电特性使其在智能控温薄膜、 电子装置、 光器件以及光电类设备中具有广泛应用潜力。 [0003]硅基二氧化钒是二氧化钒材料体系中非常重要的一个分支， 它是通过在硅衬底上 先后沉积过渡层和单 晶二氧化钒层制备而成。 由于硅材料在可见光波段几乎没有透过率， 在红外波段具有较好的透过率， 且二氧化钒材料本身在红外波段具有较高的透过率， 因此 其相变过程的观测波段适合采用红外波段。 然而， 加热至68℃后的二氧化钒及硅衬底材料 本身也会产生较强的热辐射， 其中心波长在8 μm左右， 因此采用常规的8 ‑14 μm热探测阵列来 成像观测时， 会受其自身热辐射的影响。 发明内容 [0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种材料相变过程的成像装置和方法， 能够有 效避免被测样品因加热 带来的热辐射干扰。 [0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 提供一种材料相变过程的成像装 置， 包括： [0006]量子级联激光器， 用于在低温环境下发出成像光； [0007]耦合输出 结构， 用于收集所述成像光并进行准 直； [0008]扩束装置， 用于将准 直后的所述成像光扩束成共焦的多 束激光； [0009]透镜， 用于将所述共焦的多 束激光转变为平行光并照射到样品板上的测试样品； [0010]镜头， 用于接收穿过 所述测试样品的平行光， 并成像于热探测阵列的敏感面上； [0011]计算机， 用于获取 所述热探测阵列上产生的电信号。 [0012]所述量子级联激光器为 脊条型端面出光器件， 工作波长为6 0 μm‑250 μm。 [0013]所述耦合输出结构为离轴抛物面反射镜， 所述离轴抛物面反射镜的直径焦距比大 于或等于1。 [0014]所述低温环境通过制冷机实现， 所述量子级联激光器和耦合输出结构均位于所述 低温环境内， 所述低温环境设置有密封窗片， 准直后的所述成像光穿过所述密封窗片到达 所述扩束装置 。 [0015]所述扩束装置为90度二维摆动反射镜， 所述90度二维摆动反射镜在两个维度上的 反射镜沿 成像光传播方向的投影尺寸相同。说　明　书 1/4 页 3 CN 114660017 A 3