14608.拉曼光譜力學實驗中的精細測量理論與外光路系統(tǒng)

1、天津大學碩士學位論文拉曼拉曼光譜光譜力學實驗中力學實驗中的精細測量理論精細測量理論與外光路系統(tǒng)外光路系統(tǒng)TheyExternalOpticalSystemfAccurateMeasurementofExperimentalMechanicsbyusingRamanSpectroscopy學科專業(yè)：固體力學作者姓名：程翠麗指導教師：仇巍副教授天津大學機械工程學院二〇一五年十二月I摘要顯微拉曼光譜技術因其高空間分辨率、無損非接觸、對本征應力

2、敏感等優(yōu)點，成了微尺度實驗力學測量的有效手段。有關基于拉曼光譜的實驗力學理論、技術與應用研究，國內(nèi)外學者已取得了一系列的成果，但對于力學精細測量與精準表征還存在若干關鍵的局限和瓶頸。在表征理論方面，對復雜結構、材料的測量中往往沿用表面或者簡單晶向的拉曼力學關系，導致得到的應力應變結果不準確甚至謬誤；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擴展能力，難以滿足精密控制載荷下的力學分析要求。針對這些問題，本文建立

3、了任意晶面的拉曼力學模型，并設計、研制了獨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、頻移應變關系以及拉曼選擇定則三個方面，建立了單晶硅任意晶面的拉曼力學模型。以(100)、(110)和(111)三個常用典型晶向為例，對公式的應用過程進行了展示，給出了常見的應力狀態(tài)各晶向拉曼測量所對應的拉曼應力關系，從而為半導體材料異質結構在應力狀態(tài)下的光譜力學精準測量提供了充分的理論依據(jù)。利用該拉曼力學模型，本文以鍺硅合金應變硅材料為研究對

4、象，針對該多層異質結構的殘余應力問題開展了精細拉曼實驗測量，得到了該多層異質結構橫截面殘余應力沿深度方向的分布。本文設計并研制了獨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)的觀察光路可以進行白光照明，顯微觀察樣品的全貌，以及樣品的測量區(qū)域選擇等，其功能等同于一個完整的光學顯微鏡。激光光路利用同軸光路并通過光纖耦合，實現(xiàn)拉曼信號的激發(fā)和收集功能。利