一种反射式光学材料非线性偏振光谱测量装置的制作方法

本发明涉及非线性偏振光谱测量领域，尤其涉及一种反射式光学材料非线性偏振光谱测量装置，尤其适用于光学材料二次谐波、高次谐波、偏振荧光等非线性光谱测量。

背景技术：

偏振光被广泛的用来表征光学材料的基础特性。测量非线性偏振光谱的方法一般包括透射式以及反射式两种，其中透射式适合用于透射率较好的材料，对于反射率较好的材料一般选择使用反射式的方法。

测量非线性光谱时激发光与入射光不在一个频率上，在测量激发光谱的时候需要滤掉激发光，传统上测量反射式非线性光谱的方法是使用二向色镜，这种光学镜片在入射光以四十五度入射时可以选择性的透过某一波段的光而反射另外一个波段的光。入射光首先以四十五度角入射到二向色镜上，然后反射到待测材料上，被激发的光原路返回并透过二向色镜进入光谱仪中进行检测。

已知系统的缺点在于，激发出来的偏振光在经过二向色镜时，由于光学镜片相对于偏振光的非对称性，会造成偏振光的偏振状态发生显著的改变，从而影响偏振态的测量准确性。为了降低二向色镜对偏振光状态的影响，现有的方法是固定入射光的偏振状态不变，通过旋转材料的角度来改变入射光相对于材料的偏振夹角，但是这种方法往往难以确定待测材料的旋转中心，在测量时待测材料的微小扰动都会使得测量环境发生明显的变化，从而造成测量结果准确度的下降。

当前针对低透射率高反射率材料的相关研究需求巨大，传统的反射式偏振测量方法无法满足技术需求，因此简化测量条件、提高非线性光谱偏振态的测量准确度对于非线性偏振光谱的测量具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种无需更改被测材料位置的入射光偏振态可调系统，不会因为在测量过程中因为转动被测材料而改变被测材料的测量区域，并保证调节入射光偏振态时，测量结果精度高、稳定性好且实验操作简单的反射式光学材料非线性偏振光谱测量装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种反射式光学材料非线性偏振光谱测量装置，包括：激光器、第一偏振组件、滤光组件、聚焦透镜、载物台和光谱仪；

所述激光器用于产生激光；

所述第一偏振组件用于调节所述激光的偏振状态；

所述滤光组件用于通过反射来改变激光的光路，照射待测样品，并透射所述待测样品的激发光；

所述聚焦透镜用于对照射待测样品的激光进行聚焦，并收集待测样品的激发光；

所述载物台用于安装待测样品；

所述光谱仪用于检测所述激发光的光谱。

作为本发明的进一步改进，还包括光参量放大器，用于调节所述激光器所发出激光的波长。

作为本发明的进一步改进，还包括第二偏振组件，设置在所述光谱仪前端，用于调整所述激发光的偏振状态。

作为本发明的进一步改进，所述第一偏振组件用于将所述激光调整为线偏振状态；

所述第二偏振组件用于将所述激发光由线偏振状态转变为圆偏振状态。

作为本发明的进一步改进，还包括光强探测组件，用于探测所述激光的光强。

作为本发明的进一步改进，所述聚焦透镜为显微透镜；还包括光学图像采集设备，所述光学图像采集设备用于通过所述聚焦透镜采集所述待测样品的显微图像。

作为本发明的进一步改进，还包括偏振检测仪，所述偏振检测仪用于检测经滤光组件透射的激发光的偏振状态。

作为本发明的进一步改进，所述第一偏振组件包括依次设置的线性偏振片和波片组；所述波片组包括设置在第一支撑架上的多个波片，通过所述第一支撑架的移动可选择将任一波片设置在光路中。

作为本发明的进一步改进，所述滤光组件包括设置在第二支撑架上的多个滤光片；通过所述第二支撑架的移动可选择将任一滤光片设置在光路中。

作为本发明的进一步改进，所述第一支撑架为可绕轴旋转的转盘或可沿导轨移动的支架；所述第二支撑架为可绕轴旋转的转盘或可沿导轨移动的支架。

作为本发明的进一步改进，还包括控制计算机，所述控制计算机分别与所述载物台、滤光组件、偏振检测仪、光谱仪连接；用于分别控制载物台、滤光组件、偏振检测仪、光谱仪，并接收所述偏振检测仪和光谱仪数据，进行数据分析。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明以偏振状态可调的激光照射待测样品，在测量过程中不需要移动待测样品，可以保证在整个测量过程中激光在待测样品上的照射位置不变，从而可以准确的测量出待测样品同一个位置不同偏振状态入射光的响应。

2、本发明以滤光片来反射入射光到待测样品上并过滤从样品上反射回的入射光，可以保证经过偏振改变仪的入射光偏振状态与入射到待测样品上激光的偏振状态一致，并可以保证激发光的偏振状态在经过滤掉入射光的滤波片后保持不变，确保激发光偏振测量结果的准确。

3、本发明可自由选择入射光波长与偏振状态，并可查看不同波长的偏振状态，一套设备科同时实现二次谐波、高次谐波、偏振荧光、偏振拉曼等功能的测量。

4、本发明操作简单，入射光偏振状态、入射光波长、入射光照射区域、激发光检测范围及检测结果都可由软件控制，精度高、稳定性好。

附图说明

图1为本发明具体实施例结构示意图。

图2为本发明具体实施例支撑架示意图一。

图3为本发明具体实施例支撑架示意图二。

图例说明：1、激光器；2、光参量放大器；3、载物台；4、聚焦透镜；5、反射镜；6、第一偏振组件；7、滤光组件；8、偏振检测仪；9、第二偏振组件；10、光谱仪；11、控制计算机；12、通孔；13、支撑架；14、导轨；15、光强探测组件；16、光学图像采集设备。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例的反射式光学材料非线性偏振光谱测量装置，包括：激光器1、第一偏振组件6、滤光组件7、聚焦透镜4、载物台3和光谱仪10；激光器1用于产生激光；第一偏振组件6用于调节激光的偏振状态；滤光组件7用于通过反射来改变激光的光路，照射待测样品，并透射待测样品的激发光；聚焦透镜4用于对照射待测样品的激光进行聚焦，并收集待测样品的激发光；载物台3用于安装待测样品；光谱仪10用于检测激发光的光谱。第一偏振组件6包括依次设置的线性偏振片和波片组；波片组包括设置在第一支撑架上的多个波片，通过第一支撑架的移动可选择将任一波片设置在光路中。当然，根据试验需要，还可以在第一偏振组件6中增加相位延迟波片，来调节激光的相位。激光器1为飞秒激光器。载物台3为电动载物台，可以在控制计算机的控制下实现精确的移动，从而精确的确定待测样品的测量区域。在本实施例中，还可能根据需要在光路上设置反射镜5，以改变激光的光路。

在本实施例中，第一支撑架为可绕轴旋转的转盘或可沿导轨移动的支撑架。如图2所示，支撑架13为圆盘状，在电机驱动下可绕中间圆心旋转，支撑架13上设置有多个通孔12，在通孔上设置有波片，通过支撑架13的旋转，即可选择任一波片设置在光路上，从而得到满足试验需求的偏振光。当然，也可以采用如图3所示形式，支撑架13为长方形，支撑架13上设置有多个通孔13，通孔13上设置有波片，支撑架13可以在电动导轨14上移动，通过支撑架13的移动，从而将任一波片设置在光路上。通过将不同波片置入光路中，可以得到不同角度的线性偏振光、左旋右旋圆偏振光等不同偏振状态的激光，以满足不同试验的需求。

在本实施例中，滤光组件7包括设置在第二支撑架上的多个滤光片；通过第二支撑架的移动可选择将任一滤光片设置在光路中。第二支撑架为可绕轴旋转的转盘或可沿导轨移动的支架。如图2所示，支撑架13为圆盘状，在电机驱动下可绕中间圆心旋转，支撑架上设置有多个通孔12，在通孔上设置有不同型号滤光片，通过支撑架13的旋转，即可选择任一滤光片设置在光路上，从而得到满足试验需求的偏振光。当然，也可以采用如图3所示形式，支撑架13为长方形，支撑架13上设置有多个通孔13，通孔13上设置有不同型号的滤光片，支撑架13可以在电动导轨14上移动，通过支撑架13的移动，从而将任一滤光片设置在光路上。当支撑架13转动或移动时，只更改滤光片的型号而不会影响到原有测量光路。

在本实施例中，滤光片为可以阻止入射光波长通过并使激发光波长通过的高通滤光片、低通滤光片以及其它带通滤光片，入射光为经第一偏振组件6调节后的激光，激发光为入射光照射待测样品所激发产生的光。入射光第一次入射到滤光片上时入射角为小角度入射（入射角度不大于10°），且滤光片的轴线与聚焦透镜4的光路有小角度的倾斜，使得滤光片既能将入射光垂直反射到显微镜下的待测样品上，又能保证待测样品的激发光能顺利通过。

在本实施例中，还包括光参量放大器2，用于调节激光器1所发出激光的波长。还包括第二偏振组件9，设置在光谱仪10前端，用于调整激发光的偏振状态。第二偏振组件9采用可移动式设置在光路中。如在某些试验中，由于激发光为偏振角度变化的线性偏振光，光谱仪对激发光的偏振状态敏感，此时，将第二偏振组件9置入光路中，将激发光的线性偏振状态转变为圆偏振状态进行检测。第二偏振组件9为半波片。还包括光强探测组件15，用于探测所述激光的光强。光强探测组件15采用可移动式安装方式，在试验前需要探测入射激光的强度时，将光强探测组件15置入光路中，其置入位置优选在滤光组件7的聚焦透镜4之间，探测经滤光组件7反射的入射激光的光强。而在进行试验时，将光强探测组件15移出光路。通过对光强探测组件15的可移动设置方式，即能满足试验时对光强数据的探测需求，又能保证在试验进行中不会因光强探测组件15而改变入射激光的偏振状态。在本实施例中，光谱仪10用于检测激发光的功率大小，当激发光为偏振角度不同的线偏光时，第二偏振组件9将激发光转变为偏振状态一致的圆偏振光进行检测。

在本实施例中，聚焦透镜4为显微透镜；显微透镜中没有反射镜，对入射光偏振状态不敏感入射光直接被聚焦到待测样品上。还包括光学图像采集设备16，光学图像采集设备用于通过聚焦透镜4采集待测样品的显微图像。光学图像分析仪设备包括可移动的半透半反片和ccd相机，在需要观测测量区域时，将半透半反片置入光路中，用于改变待测样品的反射光的光路，并通过ccd相机获取待测样品测量区域的图像，从而精确的确定待测样品的测量区域，保证测量结果的准确。ccd相机和控制计算机11连接，直接获得测量区域的数字显微图像，方便进行分析。在正式进行测量时，将半透半反片从光路中移出，防止半透半反片影响测量结果，保证测量的准确。

在本实施例中，还包括偏振检测仪8，所述偏振检测仪8用于检测经滤光组件7透射的激发光的偏振状态。偏振检测仪8为可移动的设置。在需要检测激发光的偏振状态时，将偏振检测仪8耦合到光路中。在测量激发光功率时将偏振检测仪8移出光路。偏振检测仪8为检测波长可调的空间偏振检测仪。

在本实施例中，经第一偏振组件6调节好偏振状态的入射激光仅通过滤光组件7的反射、聚焦透镜4的聚焦后照射到待测样品，不会改变入射激光和激发光的偏振状态，可以很好的保证测量的精确性。

在本实施例中，还包括控制计算机11，控制计算机11分别与载物台3、滤光组件7、偏振检测仪8、光谱仪10连接；用于分别控制载物台3、滤光组件7、偏振检测仪8、光谱仪10，并接收偏振检测仪8和光谱仪10数据，进行数据分析。控制计算机11还与ccd相机连接，以获取待测样品测量区域的图像，以方便进行测试数据的分析。控制计算机11还与光强探测组件15连接，用于获取入射光的光强。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。