专利名称：共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及红外探测技术领域，特别是涉及一种 共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统。
背景技术：
在电磁波谱中，实验上有意义的频率(或波长)
范围包括2 0个数量级以上。为方便起见，常用倍频 程等级表征所研究的频率或波长范围。波长在0.3 8 - 0 . 7 5微米之间的可见光谱只跨过 一 个倍频程，而 红外波段却跨过大约l O个倍频程。因此，无论从科 学研究还是从技术应用的角度来看，红外光谱区比可 见光谱区有更丰富的内容和更大的发展潜力。
到目前为止，红外在现代军事技术、工农业生产、 空间技术、资源勘探、气象预报和环境科学等领域中 的应用日益增多。例如，应用红外技术的夜视、摄影、 通信、搜索、跟踪、制导、火控、热成像和前视、目 标侦察和伪装探测等，不仅保密性好，抗电子干扰性
强，而且分辨率高，准确可靠，大大提高了军队装备 的现代化水平。利用红外遥感技术进行地球资源勘测、
海洋研究、气象观测、大气研究和污染监视，覆盖面
积大，不受地理位置和条件限制，获得信息迅速、丰
富，并可及时掌握动态变化。在工农业生产中广泛使
用的红外辐射测温、无损检测、成分分析与流程控制、
射加热技术等，也都显示出红外技术的独特优点。
红外科学在理论和应用上的发展，始终是和红外
辐射探测系统与探测方法的发展密切联系在 一 起的。
而红外探测系统的核心是探测器。 一 百多年来红外科
学的发展表明，每出现 一 种性能良好的新型红外探测
器，都标志着人类认识红外现象及其本质的进步。同
时也有力地推动着整个红外科学及其在各个科学技术
领域中应用的发展。因此红外探测器的硏究在红外科学.中占有极重要的地位。为选择和比较不同探测器的
性能，以及围绕红外探测器工作特性进行红外系统设
计，必须使用一些性能参数来表征探测器的工作特性，
这些性能参数就是探测器的性能指标或优值。其中红
外光谱响应特性是红外探测器的一项非常基础的重要
性能参数
然而，由于红外光的不可见性，特别是在中远红
外光波段,使人们在中远红外探测器光谱响应性能参
数测量中遇到了 一些困难，特别是中远红外探测器光 谱响应性能参数测量系统中的光学系统，存在无法准 确测量红外光斑，红外光学系统不易对准，尤其是对 于响应面积小的中远红外探测器件的研究，困难更大。
此外，由于目前各类中远红外光源中，缺少在跨度如
此大的中远红外光谱范围内均有高功率输出的光源，
使研究者难以在小响应面积的样品上获得高功率的中
远红外光辐照。因此，使得正处于初期研究阶段的新
型中远红外探测器的光谱响应性能测试遇到了很大的
困难
如何简单方便地调试中远红外光学系统。如何通
过聚焦使响应面积小的中远红外探测样品获得较高功
率的中远红外光辐照，是中远红外探测器光谱响应测
量系统中急需解决的一个重要问题'
发明内容
本发明的目的在于提供一套共焦显微中远红外探
测器红外光谱响应测量系统，利用这套系统，可以非
常方便地实现对样品进行高分辨的显微观察和定位，
也能非常方便地把中远红外光聚焦在样品的响应面 上。利用这套系统，可以获得所测中远红外探测器的
光谱响应。
本发明 一 种共焦显微中远红外探测器光谱响应测
量系统，其特征在于，该测量系统包括
—红外光源；
一红外单色仪，该红外单色仪的输入端与红外光
源的输出端相连接，起红外分光作用；
一红外共焦显微系统，该红外共焦显微系统位于
红外单色仪输出光路上，可得到待测样品的表面结构
显微成像，同时使红外入射光聚焦于样品表面；
一斩波限光单元，该斩波限光单元位于红外共焦
显微系统和三维微动平台之间，并位于红外单色仪的
输出光路上；
一三维微动平台，该三维微动平台位于红外单色
仪的输出光路上，处于红外共焦显微系统后端，可二
维调节安装在其上的样品致冷杜瓦的位置使样P 叩处
于最佳聚焦位置；
一样品致冷杜瓦，该样品致冷杜瓦固定在二维微
动平台上，对安放在其中的样品起到致冷和导l丄l样
电信号作用；
一前置放大器该前置放大器与样品致冷杜瓦相
连接，起到对样品电信号的放大作用；
一锁相放大器该锁相放大器与前置放大器相连
接；
一控制计算机，该控制计算机与锁相放大器和红
外单色仪相连接，控制锁相放大器和红外单色仪实施
测试过程，同时采集由锁相放大器和红外单色仪输入
的数据信号0
其中红外光源系统包括: —红外光源和一镀金膜
的凹面反射镜，该凹面反射镜位于红外光源的出射光 路上。
其中红外单色仪包括 一第一入射狭缝；
--第 一 镀金膜的凹面反射镜，接收红外光源系统 的镀金膜的凹面反射镜的反射光，该镀金膜的凹面反 射镜的反射光穿过该第一入射狭缝；
一第二镀金膜的凹面反射镜，接收第一镀金膜的 凹面反射镜的反射光；
一第三镀金膜的凹面反射镜；
一计算机可控旋转的光栅座，该计算机可控旋转 的光栅座接收该第二镀金膜的凹面反射镜的反射光并 反射至第三镀金膜的凹面反射镜；
—第二出射狭缝，第三镀金膜的凹面反射镜的反 射光穿过该第二出射狭缝。
其中计算机可控旋转的光栅座包括 一可见光光
栅、 一镀金膜的近红外光栅、 一镀金膜的中远红外光 栅，该一可见光光栅、 一镀金膜的近红外光栅、 一镀 金膜的中远红外光栅为等腰三角形放置。
其中所述的红外共焦显微系统包括
—白光光源；
—第—半透半反镜，该第一半透半反镜成—夹角位于红外单色仪的输出光路上；
—第二半透半反镜，该第二半透半反镜位于第半透半反镜的反射光路上；
—摄相头，该摄相头位于第二半透半反镜的反射光路上，并与—显示器相连接
—维可调平移台，该一维可调平移台位于红外单色仪的输出光路上
其中所述的 一 维可调平移台还包括有两个二维可调透镜
其中所述的两个三维可调透镜的材料为ZnSe
其中第一半透半反镜为ZnSe材料。
其中所述的斩波限光单元包括 一可调光阑、一斩波器、一挡光板，该斩波器位于可调光阑和挡光板之间
本系统可应用于半导体材料的中远红外探测器光
谱响应测试技术中。
为进一步说明本发明的
实施例及附图详细说明如后
图 1 是本发明共焦显微
测量系统的结构示图。
图2是本发明利用共焦
响应测量系统所测试的量子
红外光谱响应谱图
具体技术内容，以下结合
，其中
中远红外探测器光谱响应
显微中远红外探测器光谱 点中远红外探测器样品的
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明 一 种共焦显微中远红外 探测器光谱响应测量系统，该测量系统包括-
一红外光'源1 0，该红外光源系统l 0包括一 红外光源l 1和一镀金膜的凹面反射镜l 2，该凹面 反射镜l 2位于红外光源1 l的出射光路上；
—红外单色仪2 0 0，该红外单色仪2 0 0的输 入端与红外光源l 0的输出端相连接，起红外分光作 用，该红外单色仪2 0 0包括
--第一入射狭缝2 1 0 ;—第一镀金膜的凹面反射镜2 2 0，接收红外光 源系统l0的镀金膜的凹面反射镜12的反射光，该 镀金膜的凹面反射镜l2的反射光穿过该第一入射狭 缝2 1 0 ;
第二镀金膜的凹面反射镜230，接收第-
金膜的凹面反射镜220的反射光
—第三镀金膜的凹面反射镜240 ;
—计算机可控旋转的光栅座260，该计算机可
控旋转的光栅座260接收该第—镀金膜的凹面反射
镜2 30的反射光并反射至第三镀金膜的凹面反射镜
2 4 0 ;
一第—出射狭缝2 70，第三镀金膜的凹面反射
镜2 4 0的反射光穿过该第二出射狭缝2 70 ;
其中该计算机可控旋转的光栅座26 0包括
可见光光棚 挪25 1、--镀金膜的近红外兀柳252 、
—镀金膜的中远红外业恤 兀做25 3 ，该一可见光光珊2
5 1 、一镀金膜的近红外光栅2 5 2 、一镀金膜的中
远红外光栅253为等腰二角形放:
一红外共焦显微系统30o ，该红外共焦显微系
统30 0位于红外单色仪20o输出光路上，可得到
待测样品的表面结构显微成像，同时使红外入射光聚
焦样品表面，其中所述的红外共焦显微系统300 包括
—白光光源3 3 0 ;
—第一半透半反镜310，该第一半透半反镜3 1 0成一夹角位于红外单色仪2 0 O输出光路上，该 第一半透半反镜3 1 O为ZnSe材料；
一第二半透半反镜3 4 0，该第二半透半反镜3 4 O位于第一 半透半反镜3 1 O的反射光路上；
—摄相头3 50该摄相头35 0位于第二半透
半反镜3 4 0的反射光路上并与—显示器36 0相
连接
——维可调平移台320该一维可调平移台3
2 0位于红外单色仪200的输出光路上，该—维可
调平移台3 2 0还包括有两个二维可调透镜32 1 、
3 2 2，所述的两个二维可调透镜3 21、32 2的
材料为ZnSe j
—斩波限光单元40该斩波限光单元位于红外
共焦显微系统3 00和二维微动平台5之间，井位T
红外单色仪2 0 0的输出光路上，所述的斩波限光单
元4 0包括一可调光阑4、—斩波器4 2、 一挡
光板43 ,该斩波器42位于可调光阑41和挡光板
4 3之间；
—三维微动平台5，该二维微动平台5位于红外
单色仪2 0 0的输出光路上，处于红外共焦显微系统
3 0 0后端，可三维调节安装在其上的样品致冷杜瓦
6的位置，使样品处于最佳聚焦位置；
一样品致冷杜瓦6 ，该样品致冷杜瓦6固定在三
维微动平台5上，对安放在其中的样品起到致冷和导
出样品电信号作用
一前置放大器7，该前置放大器7与样叫致冷杜
瓦6相连接，起到对样品电信号的放大作用；
--锁相放大器8 ，该锁相放大器8与前置放大器
7相连接；
一控制计算机9 ，该控制计算机9与锁相放大器
8和红外单色仪20 0相连接，控制锁相放大器8和
红外单色仪2 0 0实施测试过程，同时采集由锁相放
大器8和红外单色仪2 0 O输入的数据信号,
请再结合参阅图1所示，本发明一套共焦显微中
远红外探测器光谱响应测量系统，该测量系统包括
—红外光源1 0 ，该红外光源1 0提供1 u m— 1 6 li m波长的红外光输出；
一红外单色仪2 0 0，该红外单色仪2 0 0的输 入端与红外光源l0的输出端相连接，起红外分光作 用，其中的光学元件均镀金膜以提髙红外光反射率
一红外共焦显微系统3 0 0，该红外共焦显微系
统30 0位于红外单色仪2 0 0输出光路上，可得到
待测样品的表面结构显微成像，同时使红外入射光聚
焦于样品表面；其显微成像功能由白光光源3 30提
照明，同时由两个二维可调透镜3 2 1、 3 22兀
成显微成像功能；中远红外光的聚焦过程分两步—、
由红外单色仪2 00输出的近红外光完成聚焦过程，
、使单色仪2 0o输出中远红外光，再根据样品的
电信号输出精确调节中远红外光的聚焦；
一斩波限光单元40 ，该斩波限光单元位于红外
共焦显微系统3 00和三维微动平台5之间，并位于
红外单色仪2 0 0的输出光路上；其中可调光闹41
起到调节聚焦光斑大小的作用；
一三维微动平台5，该三维微动平台5位于红外
单色仪2 0 0的输出光路上，处于红外共焦显微系统
300后端，可三维调节安装在其上的样品致冷杜瓦
6的位置，使样品处于最佳聚焦位置；
一样品致冷杜瓦6，该样品致冷杜瓦6固定在二
维微动平台5上，对安放在其中的样品起到致冷和导
出样品电信号作用;样品可被冷却到7 7 K温度；
一前置放大器7 ，该前置放大器7与样品致冷杜
瓦6相连接，起到对样品电信号的放大作用；
—锁相放大器8 ，该锁相放大器8与前置放大器
7相连接；
-控制计算机9 ，该控制计算机9与锁相放大器
8和红外单色仪20 0相连接，控制锁相放大器8和
红外单色仪2 0 0实施测试过程，同时采集由锁相放
大器8和红外单色仪20 0输入的数据信号(
本发明的工作过程
图1是本发明的—套共焦显微中远红外探测器光
谱响应测量系统该测量系统包括-红外光源1 0 ;—红外单色仪200一红外共焦显微系统30 0
—斩波限光单元40一三维微动平台5 ;一样品致
冷杜瓦6 : —前置放大器7 ;—锁相放大器8: ——控
制计算机9 。
红外共焦显微系统3 0 0是这套共焦显微中远红
外探测器光谱响应测量系统的主要组成部分实施测
试时，开启挡光板43，使白光光源3 3 0的照明白
光经过第二半透半反镜3 4 0 ， 再由第 一 半透半反镜
31 0反射，经凸透镜3 2 1和凸透镜3 22投射到
待测样品上，进—步调节凸透镜321 、 322和可
调光阑4 1以及二维微动平台5 ，可使样品的器件图
形清晰显示在显示器36 0上。此时，将光孤 柳座26
0转动至光栅251的位置，使红外光源10所发射
的100 0 nm波长的光由出射狭缝2 7 0出射，经过
半透半反镜310，由凸透镜3 2 1和凸透镜322
聚焦到待测样品上，由于摄像头3 5 0对1 000
波长的光有响应，这时我们可在显示器36 0上观察
到样1=1 叩的器件图形和l 0 0 0 nm波长光的光斑这时
仔细调节三维微动平台5，使光斑移动到样品的器件
图形的光学窗口中，完成显微聚焦过程，同时我们放
下挡光板4 3。此时，关闭白光光源3 30 ，开启斩
波器42 、前置放大器7、锁相放大器8，设定好扫
描测量参数，然后再次打开挡光板4 3 ，运行计算机
控制软件，就可以进行样品的光谱响应测]匱。
作为 一个实例，我们利用该系统对一量子占 '"、中远
红外探测器样品进行光谱响应测量。样品的光学窗
尺寸为2 0 0x 2 0 0 nm 2 ，结果如图2所示。而之刖我
们用傅立叶红外光谱系统对同一样品也进行过光谱响
应测量，但由于此样品的光谱响应比较低，未能得到
任何结构。可以看出，我们所设计的这套共焦显微中
远红外探测器光谱响应测量系统中由于使用了共焦显
微系统3 0 0，可以使样品得到较高中远红外光辐照
强度，从而得到较好的光谱响应测量结果,
权利要求
1. 一种共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，其特征在于，该测量系统包括一红外光源；一红外单色仪，该红外单色仪的输入端与红外光源的输出端相连接，起红外分光作用；一红外共焦显微系统，该红外共焦显微系统位于红外单色仪输出光路上，可得到待测样品的表面结构显微成像，同时使红外入射光聚焦于样品表面；一斩波限光单元，该斩波限光单元位于红外共焦显微系统和三维微动平台之间，并位于红外单色仪的输出光路上；一三维微动平台，该三维微动平台位于红外单色仪的输出光路上，处于红外共焦显微系统后端，可三维调节安装在其上的样品致冷杜瓦的位置，使样品处于最佳聚焦位置；一样品致冷杜瓦，该样品致冷杜瓦固定在三维微动平台上，对安放在其中的样品起到致冷和导出样品电信号作用；一前置放大器，该前置放大器与样品致冷杜瓦相连接，起到对样品电信号的放大作用；一锁相放大器，该锁相放大器与前置放大器相连接；一控制计算机，该控制计算机与锁相放大器和红外单色仪相连接，控制锁相放大器和红外单色仪实施测试过程，同时采集由锁相放大器和红外单色仪输入的数据信号。
2 .根据权利要求1所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，其特征在于，其中红外光源系统包括 一 红外光源和--镀金膜的凹面反射镜，该凹面反射镜位于红外光源的出射光路上。
3 .根据权利要求1所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，其特征在于，其中红外单色仪包括一第一入射狭缝；一第一镀金膜的凹面反射镜，接收红外光源系统的镀金膜的凹面反射镜的反射光，该镀金膜的凹面反射镜的反射光穿过该第一入射狭缝；一第二镀金膜的凹面反射镜，接收第—镀金膜的凹面反射镜的反射光；一第三镀金膜的凹面反射镜；一计算机可控旋转的光栅座，该计算机可控旋转 的光栅座接收该第二镀金膜的凹面反射镜的反射光并反射至第三镀金膜的間面反射镜；一第二出射狭缝，第三镀金膜的凹面反射镜的反 射光穿过该第二出射狭缝。
4.根据权利要求3所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，其特征在于，其中计算机可控旋转的光栅座包括:一可见光光棚 做、—镀金膜的近红外光栅、 一镀金膜的中远红外光孤，该—可见光光恤 做、—镀金膜的近红外业恤 兀恤、一镀金膜的中远红外光栅为等腰三角形放置。
5.根据权利要求1所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，其特征在于，其中所述的红外共焦显微系统包括—白光光源；—第一半透半反镜，该第一半透半反镜成—夹角位于红外单色仪的输出光路上—第二半透半反镜，该第二半透半反镜位于第一半透半反镜的反射光路上；—摄相头，该摄相头位于第二半透半反镜的反射光路上，并与一显示器相连接——维可调平移台，该一维可调平移台位于红外单色仪的输出光路上。
6 .根据权利要求5 所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统， 其特征在于，其中所述的一个维可调平移台还包括有两个三维可调透镜。
7 .根据权利要求6 所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统， 其特征在于，其中所述的两三维可调透镜的材料为ZnSe.
8 .根据权利要求5 所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统， 其特征在于，其中第一半透半反镜为ZnSe材料。
9 .根据权利要求1 所述的共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统， 其特征在于，其中所述的斩波限光单元包括一可调可调光阑、 一斩波器、 一挡光板，该斩波器位于可调光阑和挡光板之间。
全文摘要
一种共焦显微中远红外探测器光谱响应测量系统，包括一红外光源；一红外单色仪的输入端与红外光源的输出端相连接；一红外共焦显微系统位于红外单色仪输出光路上；一斩波限光单元位于红外共焦显微系统和三维微动平台之间，并位于红外单色仪的输出光路上；一三维微动平台位于红外单色仪的输出光路上；一样品致冷杜瓦固定在三维微动平台上；一前置放大器与样品致冷杜瓦相连接，起到对样品电信号的放大作用；一锁相放大器与前置放大器相连接；一控制计算机与锁相放大器和红外单色仪相连接，控制锁相放大器和红外单色仪实施测试过程，同时采集由锁相放大器和红外单色仪输入的数据信号。
文档编号G01J3/00GK101206141SQ20061016553
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月21日 优先权日2006年12月21日
发明者孙晓明, 汇 朱, 李桂荣, 甘华东, 昊 章, 谭平恒, 郑厚植 申请人:中国科学院半导体研究所