激光双轴差动共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置的制造方法_2

文档序号:9215639阅读:来源:国知局
尺寸并提高系统横向分辨力,所述激发光束是偏振 光束,包括线偏光、圆偏光、径向偏振光;或是由光瞳滤波技术生成的结构光束。
[0027] 本发明中的系统还可以探测荧光、康普顿散射光等散射光谱。
[0028] 本发明提供一种双轴差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置,包括光 源,照明物镜和采集物镜,其特征在于:还包括光束扫描装置,准直扩束镜,分光系统,二向 色分光系统、差动探测装置、拉曼光谱探测系统和激光诱导击穿光谱探测系统;其中,照明 物镜和采集物镜对称地布局在测量面法线两侧,照明光轴与测量面法线的夹角为0i,采集 光轴与测量面法线的夹角为02,其中0:= 0 2,准直扩束镜、光束扫描装置和照明物镜依 次放在光源的出射光线方向,采集物镜和分光系统依次放在被测样品的反射光线方向,激 光诱导击穿光谱探测系统放在二向色分光装置透射方向,二向色分光系统和拉曼光谱探测 系统放置在分光系统的反射方向,差动探测装置放置在向色分光系统的反射方向。
[0029] 本发明装置中为提高系统横向分辨力,系统还可在准直扩束镜和照明物镜之间加 入照明端光瞳滤波器,或者在分光镜和差动探测装置之间加入采集端光瞳滤波器,或者在 准直扩束镜和照明物镜之间以及分光镜和差动探测装置之间同时加入照明端光瞳滤波器 和采集端光瞳滤波器。
[0030] 本发明装置中为提高系统横向分辨力,还可在准直扩束镜和光束扫描装置之间加 入偏振调制装置,或者在照明物镜和照明端光瞳滤波器之间加入偏振调制装置。
[0031] 本发明装置中差动探测装置的探测装置可以是CCD探测器,或者是两个参数相同 的点探测器。
[0032] 本发明装置中还包括最后进行数据融合处理的数据处理系统。
[0033] 本发明装置中拉曼光谱探测装置可以是共焦光谱探测装置,包括第一聚光镜、位 于第一聚光镜焦点处的针孔、第二聚光镜、位于第二聚光镜焦点处的光谱仪及光谱仪后的 第二探测器;还可以是普通光谱探测装置,包括第第二聚光镜、位于第二聚光镜焦点处的光 谱仪及光谱仪后的第二探测器;激光诱导击穿光谱探测装置包括激光诱导击穿聚光镜,位 于激光诱导击穿聚光镜焦点位置的针孔,针孔后的光谱仪和第三探测器。
[0034] 有益效果
[0035] 本发明方法,对比已有技术具有以下创新点:
[0036] 1)本发明将激光双轴差动共焦技术与光谱探测技术有机结合,融合了激光双轴差 动共焦技术的高精度轴向跟踪定焦能力,可对样品进行精确定焦保证聚焦激发光斑最小, 进而获得样品最小激发聚焦光斑区域的光谱参数,实现样品微区光谱的高空间分辨探测, 这是区别于现有光谱探测技术的创新点之一;
[0037] 2)本发明通过合理设计能够对蕴含不同信息的拉曼散射光谱和激光诱导击穿光 谱同时进行探测,实现结构共用和功能互补,实现了对样品元素组成和化学键及分子结构 的高分辨探测,获得样品物质组分的综合信息,这是区别于现有光谱探测技术的创新点之 -* *
[0038] 3)利用激光双轴共焦响应曲线线性区域对应不同聚焦光斑尺寸的特性,对聚焦光 斑位置进行精确调控,进而控制测量聚焦光斑的尺寸,便于对不同测试需求的样品进行测 试与分析,即实现测量聚焦光斑尺寸可调,这是区别于现有光谱探测技术的创新点之三;
[0039] 4)激光双轴结构可以有效避免激发光束背向散射引入的系统杂散光,降低光谱探 测噪声,提高探测信噪比和光谱分辨力,这是区别于现有光谱探测技术的创新点之四;
[0040] 本发明方法具有如下特点:
[0041] 1)融合激光双轴差动共焦技术和光谱探测技术,利用差动共焦系统对焦点的精确 定位,大幅提高光谱探测的空间分辨力;
[0042] 2)可通过激光诱导击穿光谱与激光拉曼光谱联用,实现激发和探测结构的共用和 功能的互补,获得样品组分的元素组成、化学键以及分子结构等综合信息;
[0043] 3)采用双轴结构斜入射的方式照明和探测,有效抑制了焦面样品散射光的干扰, 提高了光谱探测信噪比;
[0044] 4)采用分割焦斑的横向差动共焦方式,便于系统根据需求更换不同NA值的物 镜,调节方便,并且可实现量程范围与分辨能力的有效兼顾。
【附图说明】
[0045] 图1为激光差动共焦成像探测光路
[0046] 图2为双轴激光差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法示意图;
[0047] 图3为单探测器双轴激光差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法示意 图;
[0048] 图4为双轴差动信号探测过程示意图;
[0049] 图5为激光双轴差动共焦诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置示意图;
[0050] 图6为带偏振调制的激光双轴差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测装置示 意图;
[0051] 图7为激光双轴差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置实施例1 示意图;
[0052] 图8为激光双轴差动共焦激光诱导击穿-拉曼光谱成像探测方法与装置实施例2 示意图;
[0053] 其中,1-光源,2-照明物镜,3-被测样品,4-照明光轴,5-测量面法线,6_ 0 p 7-采 集物镜,8-分光系统,9-测量透镜,10-显微物镜,11-第一探测系统,12-第二探测系统, 13-测量光轴,14-针孔横向偏移量,15-差动探测系统,16-焦斑图案,17-第二探测系统光 斑,18-第一探测系统光斑,19-拉曼光谱探测系统,20-拉曼采集光轴,21-数据处理系统, 22-第一探测器,23-第二虚拟针孔,24-第一虚拟针孔,25-准直扩束系统,26-光束扫描装 置,27-差动共焦曲线,28-照明端光瞳滤波器,29-偏振调制装置,30-采集端光瞳滤波器, 31-第一聚光镜,32-针孔,33-第二聚光镜,34-拉曼光谱仪,35-拉曼光谱探测器,36-共焦 拉曼曲线,37- 9 2,38-二向色分光系统,39-激光诱导击穿光谱探测系统,40-激光诱导击穿 光谱采集光轴,41-激光诱导击穿光谱聚光镜,42-针孔,43-激光诱导击穿光谱仪,44-激光 诱导击穿光谱探测器,45-激光共焦诱导击穿光谱光强曲线。
【具体实施方式】
[0054] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0055] 实施例1
[0056] 本实施例中,光源1为激光器,偏振调制装置29为径向偏振光产生器,二向色分 光系统38为Notch filter,数据处理系统21为计算机,第一探测器22为第一 C⑶探测器, 拉曼光谱探测器35为光谱C⑶探测器。
[0057] 如图3、图4和图7所示,照明物镜2与采集物镜7对称分布在测量面法线5两侧, 并且照明光轴4与测量面法线5的夹角为6,采集光轴20与测量面法线5的夹角为0 2 37,其中01= 0 2,以测量面法线5方向为测量轴线,建立系统坐标系(x,y, z),高空间分辨 双轴差动共焦图谱显微成像方法,其测量步骤是:
[0058] 首先,激光器1发出的光束经准直扩束系统25后,进行扩束出射后成为与照明物 镜2入瞳直径相等的平行光,经过径向偏振光产生器29后成为径向偏振光,径向偏振光经 照明端光瞳滤波器28后光束被调制,经过光束扫描装置26后由照明物镜2形成压缩光斑 聚焦到被测样品3表面,激发出瑞利光和载有被测样品3光谱特性的拉曼散射光和激光诱 导击穿散射光,被测样品3可通过增强光谱纳米粒子等光谱增强技术进行处理,以提高散 射光的强度。
[0059] 轴向(即图中的Z方向)被测样品3,移动时使瑞利光及对应被测样品3不同区域 的拉曼散射光被反射进入采集物镜7,经过采集物镜7收集的光束被分光系统8分光:
[0060]透过分光系统8的瑞利光、拉曼散射光和激光诱导击穿散射光进入激光诱导击穿 光谱探测系统39,经过激光诱导击穿光谱聚光镜41会聚通过
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