CN101672783A - 一种单根一维纳米材料光致荧光角度分辨测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单根一维纳米材料光致荧光角度分辨测量系统，属于纳米材料光学表征技术领域。本发明系统包括光源，光学器件一，光学器件二，和光分析仪器；来自光源的激发光经光学器件一后激发一维纳米材料发射荧光，荧光经过光学器件二后传递至光分析仪器；其特征在于，光学器件一和光学器件二其一为显微物镜，另一为会聚透镜，或两者均为显微物镜。在该系统中，光学器件二固定，纳米材料的c轴和光学器件二的光轴的夹角与纳米材料的c轴和光学器件一的光轴的夹角其一固定，另一可变。本发明可用于研究光激发对单根一维纳米材料光致荧光的影响。

Description

一种单根一维纳米材料光致荧光角度分辨测量系统

技术领域

本发明涉及一维纳米材料的光致荧光，特别涉及一种将一维纳米材料光致荧光的光激发和光接收独立分开的纳米材料光学性质表征技术，该技术可实现单根一维纳米材料光致荧光(PL)的角度分辨测量，由此研究改变光激发入射角度对单根一维纳米材料光致荧光(PL)的影响。本发明属于纳米材料光学表征技术领域。

背景技术

纳米发光材料是近年来发展十分迅速的研究领域之一。由于纳米发光材料具有尺度小、比表面积大的特点，纳米发光材料具有许多独特的物理性质，例如尺寸效应、量子限域效应、和丰富的表面态对材料光电性能的影响等。这些纳米材料所特有的性质使得纳米发光材料在未来具有广阔的应用前景。例如纳米激光器(nanolaser)、纳米发光二极光(nanoLED)、纳米场发射显示器(nano FED)等。这些都是电致发光技术在光电子器件领域内的应用。目前学术界主要的研究领域是：利用某些纳米材料特殊性质研制出电致发光器件。而对于光在纳米材料内的传播以及光和纳米材料的相互作用尚缺乏系统研究，尤其是对某些纳米材料的光波导性质的物理机制缺乏深入的研究。光致荧光是一种十分常见且有效的纳米材料表征技术。通常利用显微荧光-拉曼系统对单一纳米结构的光致荧光进行测量。由于光致发光和电致发光的产生机理相似，而且光致发光具有对样品的损耗小、激发效率高、测量仪器结构简单等优点。因此，可以利用光致发光的方法研究光在纳米材料中的传播以及与纳米材料的相互作用。

近些年来随着一维纳米材料制备水平的不断提高，一维纳米光波导材料逐渐成为纳米科学技术领域的研究热点[D.J.Sirbuly，M.Law，H.Yan，and P.Yang，J.Phys.Chem.B.2005，109，15190]。这些直径为纳米级的表面光滑的纳米棒可以在亚波长尺度下对光进行传导和操纵。但是纳米材料的光波导性质与传统宏观材料的光波导性质有所不同。纳米材料的特质尺度与光波波长近似，因此光在纳米材料中的传播不遵循在原有体材料内的反射、折射定律，而是以电磁波的形式传播。同时光与纳米材料相互作用，使得光在纳米材料内部传播过程中有能量的得失。因此纳米材料光波导性质一方面具有体材料光波导传导光的特点，另一方面又具有由于光与纳米材料相互作用而导致的光波长的改变。由于纳米材料光波导具有体材料没有的一些性质，使得纳米材料的光波导性质成为纳米材料光学表征领域的研究热点之一。此外，纳米材料的光波导性质也具有广泛的应用前景。与当代微电子器件相类似，纳米导线的尺度决定了纳电子器件的集成度。目前纳米光电子器件也在向着小型化和集成化方向发展，因此纳米光波导材料的研究就成为纳米光电子器件小型化、集成化的关键。

近些年来随着对研究的逐步深入，研究人员发现一维纳米材料光波导发光具有各向异性[R.Agarwal，C.J.Barrelet，and C.M.Lieber，Nano Lett.2005，5，917]。通过对纳米材料发光的各向异性的研究，可以了解光致荧光的产生机理和光在纳米材料中的传播机理。而目前学术界对于光在纳米材料中传播的机理尚不清楚[W.L.Li，M.Gao，R.Cheng，X.X.Zhang，S.S.Xie，L.-M.Peng，Appl.Phys.Lett.2008，93，023117.]，因此对于一维纳米材料光波导发光各向异性的研究就显得十分重要。纳米材料光致荧光的角度分辨测量是研究一维纳米材料光波导发光各向异性的最有效的手段之一。目前对于纳米材料发光的角度分辨测量主要有以下两种方法：第一种是近场光学的方法，利用SNOM和扫描电子显微镜实现角度分辨测量；另一种是传统宏观光致荧光角度分辨测量系统，它利用光学方法远场收集，进而实现角度分辨测量。

常规的光学仪器如凸透镜等主要用于远场探测。相对于远场，近场的定义为距离物体表面仅一个光波波长的区域。近场具有许多与远场不同的特性。近场的场分布既包含了可以向远处传播的传播场的分量，又包含了局域在物体表面一个波长内的非辐射场的分量。非辐射场中包含了物体表面精细结构的信息，其特点是高度依附于物体表面，并随离开表面的距离呈指数衰减，因而也被称为隐失场。近场角度分辨测量的核心问题就是探测束缚在物体表面的非辐射场的角度分布。由于非辐射场具有隐失波的特点，唯一的探测办法是利用光学隧道效应，即将一个微小的探头引入非辐射场中，从而把局限在物体表面的信息转换出来。而对于一维纳米材料的光学表征，我们主要关心的是可以向远处传播的传播场的角度分辨信息。因此，本发明基于传统荧光角度分辨测量系统，通过对其进行改进从而实现了对单根一维纳米材料光致荧光的角度分辨测量。

传统光致荧光角度分辨测量系统利用凸透镜汇聚激发光于样品表面，利用另一凸透镜收集产生的光致荧光，并通过光纤传递至光谱仪中。测量时激发与接收装置置于圆形轨道上，样品置于圆形轨道的圆心。这样就可以改变激发装置的激发角度和接收装置的接收角度，从而实现宏观样品光致荧光的角度分辨测量。这套装置的激发与接收均由凸透镜实现，和显微物镜相比，凸透镜有以下缺点：第一是分辨能力较差，只能测量大量纳米材料光致荧光的平均值，不能实现单根一维纳米材料光致荧光的测量；第二是激发光斑直径较大，无法实现大功率、微区光激发。由于纳米材料的性能极大地取决于它们的尺寸、结构和表面态，单个纳米材料之间的性能差异较大。测量大面积或大量的纳米材料所得到的表征结果只是大量样品的平均值，单个纳米材料不寻常的特性就不能显现出来。例如：Mark S.Gudiksen，Jianfang Wang，and Charles M.Lieber发现对于不同直径的InP纳米线，在相同光激发条件下产生的光致荧光光谱随直径的减小而发生蓝移。因此，对原子结构所决定的单一纳米结构的表征测量是纳米科学的一个基本方向。探索新的基于单根一维纳米材料的表征技术是十分必要的。

为了研究单根一维纳米材料光致荧光性能，研究人员利用显微荧光-拉曼系统对单根一维纳米材料的光致荧光进行研究。这是一种利用共焦而实现的显微荧光测量技术。它具有分辨率高、激发功率密度大的优点。但是，现有的显微荧光-拉曼系统由于受到精密光路共焦要求的限制，激发和接收使用同一个显微物镜，这种结构无法将激发和接收系统分离开，大大限制了显微荧光-拉曼系统对一维纳米材料的光波导现象的研究。发明人所在研究组前期在显微荧光-拉曼系统下改变ZnO纳米棒与显微镜物镜光轴的夹角，发现纳米棒光致荧光随角度改变而发生变化[Wenliang Li，Min Gao，Rui Cheng，Xiaoxian Zhang，1SishenXie，Lian-Mao Peng，Applied Phys Letters 93，0231172008.]。但由于在改变接收角度的同时激发角度也发生了变化，而且不能证明激发角度对纳米棒光致荧光没有影响，因此这种方法也不能系统的研究一维纳米材料发光的各向异性。

综合以上两点原因，要实现具有角度分辨能力的单根一维纳米材料光致荧光测量，就必须实现激发与接收完全分离。同时还必须克服体材料光致荧光角度分辨测量时凸透镜分辨率低、激发功率密度小的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提出一种激发和接收分离且具有角度分辨能力的微区光致荧光角度分辨测量系统。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种单根一维纳米材料光致荧光角度分辨测量系统，包括：光源，光学器件一，光学器件二，和光分析仪器；来自所述光源的激发光经过所述光学器件一后激发所述一维纳米材料发射荧光，所述荧光经过所述光学器件二后传递至所述光分析仪器；其特征在于，所述光学器件一和光学器件二其一为显微物镜，另一为会聚透镜，或两者均为显微物镜。

优选地，所述激发光激发所述一维纳米材料的激发点位于所述光学器件一和所述光学器件二光轴的交点上。

在本发明的测量系统中，一维纳米材料光致荧光的光激发和光接收通过独立的光学器件实现，两者完全分离。同时，两个光学器件中至少一个为显微物镜，克服了会聚透镜成像分辨率低或者激发功率密度小的问题。

本发明系统的光路示意图如图1所示。

通过本发明系统，可单独测量激发角(光学器件一的光轴和一维纳米材料c轴的夹角

如图1所示)对一维纳米材料光致荧光的影响，和接收角(光学器件二的光轴和一维纳米材料c轴的夹角θ，如图1所示)对一维纳米材料光致荧光的影响。

对于前者，可在θ固定，可变的情况下进行，对于后者，可在

固定，θ可变的情况下进行。

本发明测量系统主要包括三种工作方式，分别是：光学器件一为会聚透镜(凸透镜)，光学器件二为显微物镜；光学器件一为显微物镜，光学器件二为会聚透镜(凸透镜)；和光学器件一和光学器件二均为显微物镜。

第一种工作形式是利用凸透镜汇聚光线于一维纳米材料样品表面激发一维纳米材料，利用显微物镜接收荧光，实现纳米材料光致荧光光谱的角度分辨测量。

具体来说，对于第一种工作形式，如图2所示：光源(例如激光器)发出的光经光纤耦合器进入光纤，光纤固定在一个可以精密调节的三维调整架上，以精确调整激发光线与样品间的夹角(

)和激发光斑的位置。在光纤前放置一个与光纤轴线共轴并垂直的凸透镜，光源发出的光经过凸透镜汇聚到待测纳米材料上。一维纳米材料样品放置在一个可以五维(一维纳米材料的三个平动自由度和两个相互正交的转动自由度)调节的支持装置上，这样便可以任意调节样品在空间的位置和与显微镜物镜光轴的夹角(θ)。同时，借助CCD观察，通过调节光纤所在的三维调整架的二维平动自由度(左右，上下)改变激发光斑在一维纳米材料上的位置；调节光纤所在的三维调整架的旋转自由度来改变激发光斑的入射角度

。调节汇聚凸透镜与光纤之间的距离，改变激发光源的聚焦，使得激发光斑以最小尺寸汇聚在纳米材料样品上，从而达到最大的功率密度。调节激发光斑的位置、大小，并在整个测量中保持相同的激发条件，即保持固定，激发光斑的位置和大小保持固定。样品发出的光被显微长焦显微物镜接收，通过光路耦合入光纤，光纤的另一端与光分析仪器(例如光谱仪)相连接。

样品发光的最大接收角由接收光路的数值孔径决定，而接收光路中数值孔径最小的部件是连接显微镜物镜和光谱仪之间的光纤。因此，接收光路的数值孔径由连接显微物镜和光谱仪的光纤决定。选用芯径不同的光纤可以限制接收光路的数值孔径，从而限制接收光线的最大入射角。只有与显微镜物镜光轴方向夹角小于临界角的光才能耦合进光纤并在光纤内传播，大于临界角的光不被光纤收集从而限制了显微镜物镜的接收角度。本发明优选使用损耗较小、并且可以透过紫外光的石英光纤，也可以根据需要选择具有不同通光波长范围的光纤，包括通光波长为200nm-1100nm的紫外可见光纤、通光波长为400nm-2500nm的可见红外光纤等。当选用的光纤芯径较大时，显微镜物镜的接收角度范围较大，具有较好的接收效率，但要损失一定的角度空间分辨率能力；当选用的光纤芯径较小时，显微镜物镜的接收角度方向性较好，具有较好的角度空间分辨能力，但光接收效率较低。因此在选择光纤芯径时需要综合考虑各种因素，例如样品发光能力、所需的角度分辨率等。本发明优选使用芯径为1mm的光纤，更优选为芯径为1mm的紫外可见光纤，这样可以在角度分辨率和接收效率之间找到一个平衡点。此外，也可以在所述光学器件二和所述光分析仪器之间的光路中设置光阑，通过调节所述光路的孔径光阑大小调节所述光学器件二的接收角大小。

综上，通过同时调整

角，θ角和接收光路的最大接收角，可以实现不同精度的纳米材料发光的角度分辨测量。这种工作形式的优点是：实现了微区光激发与光接收的分离，接收光线的最大发散角可调，且显微物镜接收景深小、效率高，可以选择特定位置发出的光进行分析，样品与物镜主光轴的夹角灵活可变。缺点是：激发光的功率密度较小，显微物镜的空间角度分辨能力有限。

第二种工作形式是利用显微物镜汇聚光线于样品表面，由前置凸透镜的光纤接收，实现纳米材料光致荧光光谱的角度分辨测量。

具体来说：光源(例如激光器)发出的光经过光路的汇聚、衍射、扩束后射入长焦显微镜物镜，最终经显微镜物镜汇聚到样品上作为光激发系统。样品放置在一个可以五维调节的支持装置上，其中xyz三个维度可以调整样品的空间位置，两个相互垂直的旋转维度可以调节样品的倾角，这样便可以任意调节样品在空间的位置与倾角。光接收系统由小直径长焦凸透镜和光纤组成。纳米材料发出的光被透镜接收并耦合到光纤内传播，光纤的另一端与光分析仪器(例如光谱仪)相连接。光纤和长焦小口径凸透镜共轴、且固定在一个可以精密调节的三维调整架上，可以精确的调整光接收系统与样品间的距离和夹角(θ)。

和第一种工作形式不同，当光纤和长焦小口径物镜作为接收装置时，可以利用光路可逆原理确定光接收区域。将光纤的一端与光纤耦合器连接，光源发出的光通过光纤耦合器进入光纤。光纤的另一端固定在三维调整架上，从光纤中射出的光线经前端与之共轴的凸透镜汇聚照射到样品上，此时接收系统用作激发系统。借助CCD观察，调节三维调整架以改变光斑的位置和光线入射的方向，调节凸透镜与光纤的距离来改变光线的聚焦。通过显微镜的CCD可以观察到光纤发出的光照射在样品上的情况，由光路可逆原理，被照射到的区域即是当前接收状态下光接收装置的接收区域。同理，当使用显微镜物镜作为光激发系统时，也可以利用显微镜的CCD观察显微镜物镜发出的光照射在样品上的情况，从而确定光激发的区域。

因为光接收系统的最大接收角是Φ＝2*arcsin(d/2L)，其中d是凸透镜的直径，L是凸透镜光心到样品激发点的距离。因此改变凸透镜光心到样品的距离即可以改变光接收系统的最大接收角Φ。当选用长焦小口径凸透镜时Φ值较小，可以实现对接收光线的角度分辨精细测量。

这种工作形式的优点是：实现了微区光激发与光接收的分离，显微物镜激发单位面积的功率密度大，激发光斑小，可以选择性激发纳米材料的某一部分；光接收系统的最大接收角度可以控制，而且角度测量准确；样品放置在五维调整架上，可以灵活改变样品的空间位置与倾斜角度。缺点是：光接收系统的接收面积大、景深长，不容易实现纳米材料发光的局域接收。

第三种工作形式是利用显微物镜汇聚光线于样品表面，利用另一显微物镜接收荧光，实现纳米材料光致荧光光谱的角度分辨测量。

这种工作形式激发与第一种工作形式相同，接收与第二种工作形式相同。激发与接收均可以实现微区光激发与光接收。这种工作形式的优点是：实现了微区光激发与光接收的分离，显微物镜激发单位面积的功率密度大，激发光斑小，可以选择性激发纳米材料的某一部分；接收光线的最大发散角可调，且显微物镜接收景深小、效率高，可以选择特定位置发出的光进行分析。缺点是：由于显微物镜接收角较大，系统的角度分辨能力不高。而且显微物镜对于系统支撑系统的稳定性要求较高、调节的精密程度要求较高、系统的成本也较高，因此应用领域较少。

和现有技术相比，本发明系统具有如下优点：

1.激发与接收系统相互独立。通常显微荧光-拉曼系统由于光学系统构造原因，激发与接收系统均由同一个显微物镜实现，因此激发与接收系统无法独立改变。而本系统由于将激发系统和接收系统分开，两个系统的各项条件可以独立改变，而不对另一系统产生影响。例如，可以固定显微物镜激发条件，改变光纤接收系统的位置，从而实现在相同激发条件下纳米材料发光的角度分辨测量。例如，利用光纤系统作为激发系统，调节五维样品调整架改变样品对显微物镜光轴的夹角，利用显微物镜作为接收系统，接收纳米材料不同倾角下光谱的变化。

2.实现了具有角度分辨能力的微区光激发和微区光接收。当使用小口径长焦凸透镜激发时，光纤和透镜放置在三维调整架上，激发角度和激发位置可调节，实现了具有角度分辨能力的微区光激发；选用不同芯径的光纤连接显微镜物镜和光谱仪，可以控制接收光线与光轴的最大夹角，从而实现了具有角度分辨能力的微区光接收。例如纳米材料发光的角度分辨测量。这为研究纳米材料发光的各向异性以及对不同方向的光响应提供了可能。

3.样品的位置与倾角灵活可调。样品放置在五维支持装置上，“上下”、“左右”、“前后”三个维度可以调整样品的空间位置，另两个转动维度可以调节样品的倾角。这样不仅可以调节样品的位置，还可以进行变角度测量。

4.系统结构简单、灵活性强。该系统部件少，无需复杂地调试，可靠性高，能够比较容易地和显微荧光-拉曼系统整合，充分发挥综合的优势。

附图说明

图1是本发明系统的光路示意图；

图2是本发明第一种工作形式的系统实例示意图，其中：1-CCD，2-物镜，3-样品，4-光纤耦合器，5-光纤，6-凸透镜，7-接光谱仪或其他光探测器，8-接激光器或其他激发光源；

图3是实施例一单根悬空ZnO纳米棒在均匀照射的325nm激光激发下的Near BandEmission发光所成的像，图a-g对应纳米棒c轴与显微物镜光轴的角度θ由0度开始每隔15度增大至90度。

图4是实施例一单根悬空ZnO纳米棒旋转期间纳米棒端部荧光光谱随角度变化而改变的曲线。

图5是实施例一单根悬空ZnO纳米棒在旋转期间(θ从-90°每隔15°增至90°)纳米棒端部亮度随角度变化的曲线。

图6是实施例二测量入射光线对单根悬空ZnO纳米棒PL光谱的影响的曲线。入射光线与ZnO纳米棒c轴的夹角分别为100度(位置1)和57度(位置2)。

图7是实施例三当长焦小口径凸透镜的光轴分别垂直于和平行于CdS纳米线c轴时纳米线发光的光谱。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例进一步详细说明本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1——光纤激发，显微物镜接收，

固定，θ＝0°-90°

本实施例实现接收角θ变化对单根ZnO纳米棒光致荧光(PL)影响的研究。具体步骤如下：

(1)用CVD方法在蓝宝石基底上生长ZnO纳米棒阵列。

(2)将ZnO阵列样品用碳胶粘在SEM样品台上，装入SEM。

(3)在SEM腔中装入一个Kleindiek MM3A-EM型纳米操纵器，将经过化学腐蚀的W(钨)针尖固定在纳米操纵器的末端。

(4)粗调纳米操纵器，使W针尖移动到ZnO阵列样品上方，在推入SEM样品台时其高度不会碰到极靴和其他的探头。

(5)控制纳米操纵器移动，使W针尖与ZnO纳米棒接触。用电子束照射W针尖和ZnO纳米棒接触处，沉积无定形碳使得W针尖与ZnO纳米棒相互粘和。

(6)控制纳米操纵器移动，使得ZnO纳米棒和蓝宝石基底脱离，取出单根悬空ZnO纳米棒。

(7)将单根悬空ZnO纳米棒放入显微荧光-拉曼系统，调节ZnO纳米棒的位置和纳米棒c轴与光轴的夹角。

(8)将光纤的一端与激光耦合器相联，另一端前面放置一凸透镜。整个系统置于调整架上。

(9)调节激发光斑位置和聚焦，使得激发光斑照射于ZnO样品表面。

(10)显微物镜收集ZnO样品发出的光，并通过光路与一台Princeton Acton SP300i光谱仪连接。

(11)在相同激发、接收条件下，调节ZnO纳米棒的位置和纳米棒c轴与光轴的夹角θ，从0度到90度每隔15度收集一次光谱，实现单根悬空ZnO纳米棒角度分辨测量。

比较在相同激发(

固定)、不同接收角度情况(θ可变)下得到的图像(图3和图4)，可以看到单根悬空ZnO纳米棒的PL具有明显的各向异性。这一结果表明该系统的角度分辨的特点可以用来研究发光各向异性样品的光致荧光和拉曼，与传统的共焦显微荧光-拉曼系统相比，具有不可比拟的优势。

具体而言，从图3可知，当θ从0°每隔15°增至90°时，PL光谱峰位发生蓝移，光子能量增加。显示出当光子沿纳米棒c轴射出时(θ＝0°)，光子和ZnO纳米棒晶格作用较强，损失能量较多，光谱发生红移；当光子垂直于纳米棒c轴射出时(θ＝90°)，光子和ZnO纳米棒晶格作用较弱，损失能量较少。

从图4可知，当θ从0°每隔15°增至90°时，ZnO纳米棒端面亮度逐渐减弱，与ZnO纳米棒PL成像结果(图3)一致。但由于随着θ增大，ZnO纳米棒侧壁发光影响逐渐增强，导致ZnO纳米棒整体PL光谱在θ＝0°到60°之间时强度减小；θ＝75°和90°时强度反而增大。

图5进一步给出了θ从0°每隔15°增至90°时ZnO纳米棒端部整体PL和NBE发光强度随角度变化的曲线，同时以x＝0为对称平面做0°到90°ZnO纳米棒端部发光强度曲线的对称曲线。在x-y平面得到一条以x＝0为对称轴的曲线，经过测量得到曲线的半高宽约为50°。由圆孔衍射公式θ＝1.22λ/d可知，当λ≈390nm、d＝290nm时θ＝94°，而实验值约为50°*2＝100°。因此我们可以推断出荧光从ZnO纳米棒端部射出时发生了衍射，ZnO纳米棒PL强度角度分布主要是荧光经圆孔衍射而形成的角度分布。

实施例2——光纤激发，显微物镜接收，θ固定，

本实施例实现激发角

变化对单根ZnO纳米棒光致荧光(PL)影响的研究。具体步骤和实施例1相同，区别仅在于步骤11为：固定ZnO纳米棒的位置和与主光轴的夹角θ，整个实验过程中保持不变。调节激发光线和纳米棒c轴的夹角

测量在

时单根悬空ZnO纳米棒的光致荧光光谱的变化。

比较在接收相同、激发不同的情况下得到的谱图(图6)，可以看到在入射角为100°或57°时，ZnO纳米棒NBE(near band emission)发光变化非常微小，可以认为这个微小的变化是由于当入射角为57°时入射光激发ZnO纳米棒端面产生的。而对于缺陷发光部分，在不同激发角度下变化很大。当入射角沿ZnO纳米棒c轴的时候，缺陷发光较强；当入射角垂直于ZnO纳米棒c轴时，缺陷发光较弱。这些结果可能是由于缺陷发光对入射角度的选择性导致的。

实施例3——显微物镜激发，光纤接收

本实施例通过显微物镜激发，光纤接收，实现接收光线的角度分辨精细测量。具体步骤如下：

(1)用CVD方法生长CdS纳米线。

(2)将一根头发卷成圈，在生长了CdS纳米线的基底上轻轻刮蹭，然后将头发在Si片表面轻轻刮蹭，就会有CdS纳米线转移到Si片上。

(3)将载有CdS纳米线的Si片放入显微荧光-拉曼系统，调整CdS纳米线的位置、取向。

(4)激光器射出的激光经过特殊光路的扩束、干涉，经显微物镜汇聚到一根CdS纳米线表面。

(5)将光纤的一端与一台Princeton Acton SP300i光谱仪相连接，另一端前面放置一凸透镜。整个接收系统置于调整架上。

(6)调整接收系统的光轴与CdS纳米线c轴之间的夹角进行测量。由于接收系统的接收角Φ＝2*arcsin(d/2L)，其中d是凸透镜的直径，L是凸透镜光心到样品激发点的距离。当选用长焦小口径凸透镜时Φ值较小，可以实现对接收光线的角度分辨精细测量。实验中d＝6mm、L＝20cm，此时系统接收角Φ约为2度。将承载接收系统的三维调整架置于圆形轨道上，待测样品位于圆心处，每隔2度调整接收系统与纳米线c轴的夹角，实现样品光致荧光的角度分辨测量。为了观察到明显的CdS纳米线光致荧光随接受角度变化而变化的趋势，分别测量当接收系统的光轴垂直(θ＝90°)和平行(θ＝0°)于纳米线c轴时纳米线光致荧光的光谱(图7)。

可见，CdS纳米线的PL具有明显的各向异性。这一结果与之前的实验结果相吻合，表明该系统的角度分辨的特点可以用来研究发光各向异性样品的光谱。两种工作方式各有利弊，显示出本系统具有良好的灵活性与实用性。与传统的共焦显微荧光-拉曼系统相比，具有不可比拟的优势。

上述实施例都是显微物镜与前端带长焦小直径凸透镜的光纤相结合的应用，但是本发明并不仅限于此，而也可包括显微物镜与显微物镜的结合，或其它激发与接收分离的显微荧光-拉曼系统。本发明所用的光源和光分析仪器也不仅限于激光和光谱仪，包括激光二极管、光强计、PMT、SNOM等器件和仪器。任何基于本发明的精髓加以修改的设计都属于本发明的范畴。

Claims (10)

1.一种单根一维纳米材料光致荧光角度分辨测量系统，包括：光源，光学器件一，光学器件二，和光分析仪器；来自所述光源的激发光经过所述光学器件一后激发所述一维纳米材料发射荧光，所述荧光经过所述光学器件二后传递至所述光分析仪器；其特征在于，所述光学器件一和光学器件二其一为显微物镜，另一为会聚透镜，或两者均为显微物镜。

2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述激发光激发所述一维纳米材料的激发点位于所述光学器件一和所述光学器件二光轴的交点上。

3.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学器件二固定，所述一维纳米材料的c轴和所述光学器件二的光轴的夹角固定，所述一维纳米材料的c轴和所述光学器件一的光轴的夹角可变。

4.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述光学器件二固定，所述一维纳米材料的c轴和所述光学器件二的光轴的夹角可变，所述一维纳米材料的c轴和所述光学器件一的光轴的夹角固定。

5.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述一维纳米材料的c轴和所述光学器件一的夹角为90°。

6.如权利要求1-5任意一项所述的测量系统，其特征在于，所述一维纳米材料通过一调节装置实现五维调节，所述五维对应所述一维纳米材料的三个平动自由度和两个相互正交的转动自由度。

7.如权利要求1-5任意一项所述的测量系统，其特征在于，所述光学器件二通过光纤和光分析仪器连接，所述光纤是通光波长为200nm-1100nm的紫外可见光纤或通光波长为400nm-2500nm的可见红外光纤。

8.如权利要求1-5任意一项所述的测量系统，其特征在于，所述光学器件二的接收角大小通过下列方式调节：

在所述光学器件二和所述光分析仪器之间的光路中设置光阑，通过调节所述光路的孔径光阑大小调节所述光学器件二的接收角大小；或，

所述光学器件二通过光纤和光分析仪器连接，通过调节所述光纤的芯径调节所述光学器件二的接收角大小，所述光纤的芯径优选为1mm。

9.如权利要求1-5任意一项所述的测量系统，其特征在于，所述光源是激光器或激光二极管。

10.如权利要求1-5任意一项所述的测量系统，其特征在于，所述光分析仪器选自光谱仪、光强计或光电倍增管。

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