光聲顯微鏡是指利用光聲效應研製的顯微成像裝置。雷射束強度經周期性調製後，通過透鏡聚焦於樣品表面,在樣品表面附近或內部激發聲波。利用置於樣品表面附近的傳聲器或黏附於樣品背面的壓電換能器接收聲信號。當光點在樣品表面掃描時，接收的聲信號隨空間變化,反映了樣品的表面或亞表面的結構或性質的變化,即光聲顯微成像。
基本介紹
- 中文名：光聲顯微鏡
- 發明時間：20世紀70年代後期
- 用途：器件非破壞性檢測
- 分類數：3種
介紹,分類,套用,
介紹
利用聚焦的雷射束對固體樣品表面掃描，測量不同位置處產生的光聲信號的振幅和相位，從而確定樣品的光學性質、熱學性質、彈性情況或幾何結構，於是便發展成為光聲顯微鏡。利用光聲顯微鏡，可對各種金屬、陶瓷、塑膠或生物樣品等的表面或亞表面的微細結構進行聲成像顯示，特別可對積體電路等固體器件的亞表面結構進行成像研究，為此，光聲顯微鏡已成為各種固體材料或器件非破壞性檢測的有效工具。
分類
光聲顯微鏡的研製工作開始於20世紀70年代後期。已出現多種類型的光聲顯微鏡系統，一般可分為三種。
微波超聲頻段的光聲顯微鏡系統
由透射式聲學顯微鏡改造而成。它將鎖模Q開關(Nd:YAG)雷射聚焦成2微米左右的光束，取代聲學顯微鏡的輸入聲透鏡和換能器，但仍沿用聲學顯微鏡的輸出聲透鏡和換能器接收光信號。例如鎖模脈衝列的重複頻率為210兆赫,樣品能產生其諧頻的超聲信號。因此接收換能器的工作頻率為 840兆赫。當以二維光柵形式掃描樣品時，光束射到樣品上的位置可連續改變，光聲信號作為位置的函式被記錄並顯示。系統的解析度與光點的尺寸與熱擴散長度(即熱波波長)有關，但高頻的熱擴散長度很短，所以主要由光點尺寸決定。
音頻範圍的光聲顯微鏡系統
用光聲光譜儀（用傳聲器接收聲信號）改裝成的光聲成像系統。光源為單色連續雷射，利用機械斬光器進行強度調製，再經光學透鏡聚焦在樣品上。樣品和光聲信號接收器安裝在特殊設計的光聲盒（樣品盒）內,工作頻率一般低於2千赫。雖然這種光聲顯微鏡系統易於實現，但由於頻率較低和樣品的熱擴散長度較長，對亞表面結構成像的解析度也較低。 光聲顯微鏡
用壓電換能器接收聲信號的光聲顯微鏡系統
壓電換能器通過聲耦合介質直接與樣品接觸而接收光聲信號。光聲信號的壓電檢測有如下優點：①不必採用封閉的光聲盒，樣品的尺寸不受限制；②接收靈敏度較高，適用於吸收光較弱的樣品；③檢測頻域廣：從音頻到超聲頻段都可以使用。
光聲顯微鏡用於檢測物質在吸收光能後所產生的熱波和物質受激發後產生的聲信號。利用光聲效應檢測物質的結構很靈敏。此外，由於熱波波長較短，即使光聲顯微鏡的工作頻率不高（如1兆赫）,其解析度也可達到微波頻段超聲顯微鏡的解析度。因為熱波的透入深度隨波長而變，改變頻率就能對樣品的亞表面結構進行分層分析。同時，還可以適當調節接收系統，以接收光聲信號的“振幅”或“相位”，從而區別樣品的表面結構和亞表面結構。
套用
光聲顯微鏡主要用於三個方面。①在半導體工業中的套用：可以顯示矽片及其在製作中金屬化和氧化層的幾何特徵和材料特徵方面的資料，如金屬化或氧化層中的缺陷、深度剖面結構以及薄膜厚度等。②在無損檢測方面的套用：光聲顯微鏡的檢測系統一般不需要與被測樣品的表面接觸，能有效地檢測形狀複雜的樣品（如渦輪定子的某些區域，其檢測精度較高，如對表面缺陷的檢測可達到幾十微米的數量級。③在生物醫學方面的套用：光聲效應的檢測靈敏度高，有可能實現非損傷性的檢查。
聲信號可由物質吸收的任何形式的電磁能量產生，如電磁波、紅外線、可見光、紫外線、 X射線、γ射線等；同時還可由任何粒子與樣品的相互作用而產生，如電子、質子、中子、離子、原子或分子等。因此顯微鏡的入射光束也可以採用其他形式的電磁輻射或粒子束來代替，包括用高頻聲波作為入射能。利用檢測熱波信號的顯微鏡，稱為熱波顯微鏡。
