實(shí)驗(yàn)名稱：MEMS的動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試

測(cè)試設(shè)備：電壓放大器、計(jì)算機(jī)、高精度CCD、Renishaw拉曼光譜儀、光學(xué)顯微鏡、高精度三維程控平臺(tái)、LM0202光電調(diào)制器、514nm氬離子激光源、自行研制的同步信號(hào)發(fā)生器等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：基于拉曼光譜儀的微結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

搭建如上圖所示的測(cè)試系統(tǒng)，在測(cè)試系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)放大的正弦信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)硅微諧振器，和正弦信號(hào)同頻率的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)光電調(diào)制器來(lái)調(diào)制激光光束，當(dāng)給光電調(diào)制器施加一等于其半波電壓的高電平時(shí)，激光光束幾乎可以完全通過(guò)，然而，當(dāng)給激光調(diào)制器施加一低電平時(shí)，幾乎沒(méi)有激光可以通過(guò)光電調(diào)制器，消光比可以達(dá)到1/100，足以滿足實(shí)驗(yàn)的需要。因此，測(cè)試中利用脈沖信號(hào)通過(guò)光電調(diào)制器調(diào)制激光光源產(chǎn)生非連續(xù)激光來(lái)照射樣品，繼而發(fā)生拉曼散射現(xiàn)象，拉曼散射光經(jīng)光學(xué)顯微系統(tǒng)由CCD采集其信息傳輸至PC機(jī)，由軟件處理所采集到的拉曼光譜得出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信息。

圖2：測(cè)試系統(tǒng)的誤差分析圖

由于拉曼測(cè)試系統(tǒng)受環(huán)境影響大，測(cè)試前首先應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)硅樣品（標(biāo)準(zhǔn)Si樣品的拉曼頻移為520cm-1）對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了誤差測(cè)試（測(cè)試條件：環(huán)境溫度290K，每隔60秒記錄一次拉曼光譜，每條譜線記錄15秒，共測(cè)試10分鐘）。圖2為該測(cè)試方法的隨機(jī)誤差分析圖：在測(cè)試時(shí)間范圍內(nèi)拉曼頻移的最大不確定性為±0.02cm-1，根據(jù)公式可以得出此測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)力測(cè)試誤差約為±10MPa。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：拉曼頻移與調(diào)制頻率的關(guān)系

圖4：拉曼光譜能量強(qiáng)度與調(diào)制信號(hào)占空比的關(guān)系

以標(biāo)準(zhǔn)硅為測(cè)試對(duì)象對(duì)拉曼頻移及拉曼光譜的能量強(qiáng)度隨調(diào)制頻率改變的響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3、4所示，通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析可知，拉曼頻移不受調(diào)制頻率的影響，而拉曼光譜的峰值能量強(qiáng)度與調(diào)制信號(hào)的占空比成正比。證明此測(cè)試系統(tǒng)可以滿足動(dòng)態(tài)應(yīng)力的測(cè)試需要。

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圖：ATA-2048高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇