實驗名稱：MEMS的動態應力測試

測試設備：電壓放大器、計算機、高精度CCD、Renishaw拉曼光譜儀、光學顯微鏡、高精度三維程控平臺、LM0202光電調制器、514nm氬離子激光源、自行研制的同步信號發生器等。

實驗過程：

圖1：基于拉曼光譜儀的微結構動態應力測試系統簡圖

搭建如上圖所示的測試系統，在測試系統中，經過放大的正弦信號來驅動硅微諧振器，和正弦信號同頻率的脈沖信號經過放大后驅動光電調制器來調制激光光束，當給光電調制器施加一等于其半波電壓的高電平時，激光光束幾乎可以完全通過，然而，當給激光調制器施加一低電平時，幾乎沒有激光可以通過光電調制器，消光比可以達到1/100，足以滿足實驗的需要。因此，測試中利用脈沖信號通過光電調制器調制激光光源產生非連續激光來照射樣品，繼而發生拉曼散射現象，拉曼散射光經光學顯微系統由CCD采集其信息傳輸至PC機，由軟件處理所采集到的拉曼光譜得出相應的動態應力信息。

圖2：測試系統的誤差分析圖

由于拉曼測試系統受環境影響大，測試前首先應用標準硅樣品（標準Si樣品的拉曼頻移為520cm-1）對測試系統進行了誤差測試（測試條件：環境溫度290K，每隔60秒記錄一次拉曼光譜，每條譜線記錄15秒，共測試10分鐘）。圖2為該測試方法的隨機誤差分析圖：在測試時間范圍內拉曼頻移的最大不確定性為±0.02cm-1，根據公式可以得出此測試系統的應力測試誤差約為±10MPa。

實驗結果：

圖3：拉曼頻移與調制頻率的關系

圖4：拉曼光譜能量強度與調制信號占空比的關系

以標準硅為測試對象對拉曼頻移及拉曼光譜的能量強度隨調制頻率改變的響應進行了測試，測試結果如圖3、4所示，通過對測試結果的分析可知，拉曼頻移不受調制頻率的影響，而拉曼光譜的峰值能量強度與調制信號的占空比成正比。證明此測試系統可以滿足動態應力的測試需要。

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審核編輯 黃宇