14608.拉曼光譜力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精細(xì)測(cè)量理論與外光路系統(tǒng)

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文拉曼拉曼光譜光譜力學(xué)實(shí)驗(yàn)中力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的精細(xì)測(cè)量理論精細(xì)測(cè)量理論與外光路系統(tǒng)外光路系統(tǒng)TheyExternalOpticalSystemfAccurateMeasurementofExperimentalMechanicsbyusingRamanSpectroscopy學(xué)科專業(yè)：固體力學(xué)作者姓名：程翠麗指導(dǎo)教師：仇巍副教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二〇一五年十二月I摘要顯微拉曼光譜技術(shù)因其高空間分辨率、無(wú)損非接觸、對(duì)本征應(yīng)力

2、敏感等優(yōu)點(diǎn)，成了微尺度實(shí)驗(yàn)力學(xué)測(cè)量的有效手段。有關(guān)基于拉曼光譜的實(shí)驗(yàn)力學(xué)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列的成果，但對(duì)于力學(xué)精細(xì)測(cè)量與精準(zhǔn)表征還存在若干關(guān)鍵的局限和瓶頸。在表征理論方面，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、材料的測(cè)量中往往沿用表面或者簡(jiǎn)單晶向的拉曼力學(xué)關(guān)系，導(dǎo)致得到的應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果不準(zhǔn)確甚至謬誤；在儀器裝備方面，現(xiàn)有的商用拉曼光譜儀系統(tǒng)均沒有或欠缺加載夾持裝置及相關(guān)擴(kuò)展能力，難以滿足精密控制載荷下的力學(xué)分析要求。針對(duì)這些問(wèn)題，本文建立

3、了任意晶面的拉曼力學(xué)模型，并設(shè)計(jì)、研制了獨(dú)立的顯微拉曼外光路系統(tǒng)。首先，本文分別從廣義胡克定律、頻移應(yīng)變關(guān)系以及拉曼選擇定則三個(gè)方面，建立了單晶硅任意晶面的拉曼力學(xué)模型。以(100)、(110)和(111)三個(gè)常用典型晶向?yàn)槔瑢?duì)公式的應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行了展示，給出了常見的應(yīng)力狀態(tài)各晶向拉曼測(cè)量所對(duì)應(yīng)的拉曼應(yīng)力關(guān)系，從而為半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)在應(yīng)力狀態(tài)下的光譜力學(xué)精準(zhǔn)測(cè)量提供了充分的理論依據(jù)。利用該拉曼力學(xué)模型，本文以鍺硅合金應(yīng)變硅材料為研究對(duì)

4、象，針對(duì)該多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力問(wèn)題開展了精細(xì)拉曼實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到了該多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)橫截面殘余應(yīng)力沿深度方向的分布。本文設(shè)計(jì)并研制了獨(dú)立的顯微拉曼外光路系統(tǒng)并將其與RanishawInViaReflex商用的顯微共焦偏振拉曼光譜系統(tǒng)、微型加載系統(tǒng)成功耦合在一起。該系統(tǒng)的觀察光路可以進(jìn)行白光照明，顯微觀察樣品的全貌，以及樣品的測(cè)量區(qū)域選擇等，其功能等同于一個(gè)完整的光學(xué)顯微鏡。激光光路利用同軸光路并通過(guò)光纖耦合，實(shí)現(xiàn)拉曼信號(hào)的激發(fā)和收集功能。利