CN103604751A - 测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置及相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置及相应的方法，该装置包括测量用光源、依次设置于测量用光源发射出的光束的光传播路径上的起偏器、光阑和检偏器、光纤光谱仪，起偏器连接有用于带动起偏器旋转的步进电机，光阑与检偏器之间设置有位置可调的样品台，光纤光谱仪的探头检测通过检偏器的光束的光强，光纤光谱仪的输出端连接有用于显示光谱图的计算机终端；优点是光纤光谱仪可以实时、精确、快速的测试光强度，在计算机终端上精确的观察到步进电机所带动的起偏器旋转所造成的光强变化，而光强最小时步进电机带动起偏器旋转的角度即为周期性手性结构透明薄膜的旋光度，该旋光度的测量过程简单，且测量结果准确。

Description

测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置及相应的方法

技术领域

本发明涉及一种旋光度测量技术，尤其是涉及一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置及相应的方法。

背景技术

控制光的偏振（极化）状态对现在的生产、生活和科学研究往往起着至关重要的作用。要有效的控制光的偏振，必不可少的要获得大的旋光度（即旋光角度）。手性结构可以使通过它的电磁波的偏振面发生旋转，典型的自然界手性结构有氨基酸溶液、石英晶体等；人工的周期性排列的手性结构（即周期性手性结构）具有很大的旋光度，特别是很薄的周期性手性结构可以使光的偏振面发生较大角度的旋转，其旋光角度是经历相同光程的自然界手性结构的上千倍，因此周期性手性结构透明薄膜具有较大的应用前景。

要获得周期性手性结构透明薄膜的旋光度，需要使用测量旋光度的装置和方法。然而，目前现有的测量旋光度的装置和方法往往要求被测物具有固定的尺寸，并且对透射光斑的面积大小也有一定的要求。由于周期性手性结构透明薄膜的厚度较薄而且结构尺寸非常小，因此现有的测量旋光度的装置和方法往往很难测得其旋光角度。因此，很有必要研究一种可以准确测量此类透明薄膜旋光度的装置和方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置及相应的方法，其能够简单、准确地测出周期性手性结构透明薄膜的旋光角度。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其特征在于包括测量用光源、起偏器、光阑、检偏器和光纤光谱仪，所述的起偏器、所述的光阑和所述的检偏器依次设置于所述的测量用光源发射出的光束的光传播路径上，所述的起偏器连接有用于带动所述的起偏器旋转的步进电机，所述的光阑与所述的检偏器之间设置有位置精密可调的样品台，测量时透过所述的光阑的光束垂直照射在固定于所述的样品台上的周期性手性结构透明薄膜上，所述的光纤光谱仪的探头检测通过所述的检偏器的光束的光强，所述的光纤光谱仪的输出端连接有用于显示光谱图的计算机终端。

所述的测量用光源采用发射出的光束为波长为632.8nm的激光光束的氦氖激光器。

所述的样品台由水平微调架、竖直微调架和用于搁置周期性手性结构透明薄膜的样品搁架组成，所述的竖直微调架的底端与所述的水平微调架连接，所述的竖直微调架的顶端与所述的样品搁架连接。

所述的光纤光谱仪采用型号为USB4000的微型光纤光谱仪，其波长范围为200～1100nm。

一种上述的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置相应的方法，其特征在于包括以下步骤：

①开启测量用光源，然后将起偏器的偏振方向与检偏器的偏振方向调至正交，再将待测的周期性手性结构透明薄膜固定于样品台上，并使待测的周期性手性结构透明薄膜垂直于测量用光源发射出的光束的光传播路径；

②粗略地调节样品台的位置，使透过光阑的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上；

③在保证透过光阑的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上的基础上，精密地调节样品台的位置，同时观察计算机终端上显示的光谱图，当光谱图中光强最大时即当光斑照射在手性结构的中心位置处时停止精密地调节样品台的位置；

④在步骤③的基础上，操控步进电机带动起偏器转动，同时观察计算机终端上显示的光谱图，并记录下光谱图中光强最小时步进电机带动起偏器转动的角度，该角度即为周期性手性结构透明薄膜的旋光度。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明装置包括测量用光源、起偏器、光阑、检偏器和光纤光谱仪，且起偏器、光阑和检偏器依次设置于测量用光源发射出的光束的光传播路径上，起偏器连接有用于带动其转动的步进电机，光阑与检偏器之间设置有位置精确可调的样品台，光纤光谱仪的探头检测通过检偏器的光束的光强，光纤光谱仪的输出端连接有用于显示光谱图的计算机终端，由于有效利用了具有极高灵敏度的光纤光谱仪，并结合了步进电机，因此光纤光谱仪可以实时、精确、快速的测试光强度，在计算机终端上精确的观察到步进电机所带动的起偏器旋转所造成的光强变化，同时步进电机转动的角度也可以精确的在步进电机的显示器上显示出，而光强最小时步进电机带动起偏器旋转的角度即为周期性手性结构透明薄膜的旋光度，该旋光度的测量过程简单，且测量结果准确。

2）本发明装置通过调节光阑，可以控制入射到被测物上的光斑的大小，以适合被测物的尺寸大小。

3）本发明装置利用步进电机控制起偏器的旋转角度，避免了一般旋光仪用手动调节造成的较大误差。

4）本发明方法测量周期性手性结构透明薄膜的旋光度的测量过程简单，而且测量结果准确。

附图说明

图1为本发明装置的组成结构示意图；

图2为光纤光谱仪所测得的光谱图，曲线a为起偏器与检偏器正交时所测得的照射在周期性手性结构透明薄膜的石英玻璃上的光强，曲线b为光斑移动到手性结构处检测到的光强，曲线c为通过调节步进电机后光纤光谱仪检测到的最小光强，曲线d为通过调节样品台后光纤光谱仪检测到的最大光强；

图3为周期性手性结构透明薄膜的样品图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本发明提出的一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其组成结构如图1所示，其包括测量用光源1、起偏器2、光阑3、检偏器7和光纤光谱仪8，起偏器2、光阑3和检偏器7依次设置于测量用光源1发射出的光束的光传播路径上，起偏器2连接有用于带动起偏器2旋转的步进电机10，光阑3与检偏器7之间设置有位置可调的样品台，测量时透过光阑3的光束垂直照射在固定于样品台上的周期性手性结构透明薄膜上，光纤光谱仪8的探头检测通过检偏器7的光束的光强，光纤光谱仪8的输出端连接有用于显示光谱图的计算机终端9。在此，光阑3用于控制透过光阑3的光束垂直照射在固定于样品台上的周期性手性结构透明薄膜上后形成的光斑的大小，检偏器7用来消光。

在本实施例中，测量用光源1采用发射出的光束为波长为632.8nm的激光光束的氦氖激光器，也可采用其它激光器；光纤光谱仪8采用型号为USB4000的微型光纤光谱仪，其波长范围为200～1100nm；也可以采用其他型号的光纤光谱仪，只要求所选用的光纤光谱仪能够准确分辨光源的光谱。

在本实施例中，样品台由水平微调架6、竖直微调架5和用于搁置周期性手性结构透明薄膜的样品搁架4组成，竖直微调架5的底端与水平微调架6连接，竖直微调架5的顶端与样品搁架4连接，在此水平微调架6直接采用现有的二维水平调节台，且竖直微调架5直接采用现有的二维垂直调节台。

实施例二：

本实施例为实施例一提出的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置相应的方法，其包括以下步骤：

①开启测量用光源1，然后将起偏器2的偏振方向与检偏器7的偏振方向调至正交，再将待测的周期性手性结构透明薄膜固定于样品台上，并使待测的周期性手性结构透明薄膜垂直于测量用光源1发射出的光束的光传播路径。

然后，调节样品台的位置，使透过光阑3的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜上；并调节光阑3使透过光阑的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的石英玻璃上后形成的光斑的大小与待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构的图案大致相同；此时由光纤光谱仪8的探头检测通过检偏器7的光束的光强，检测得到的光强如图2中的曲线a所示。

②粗略地调节样品台的位置，使透过光阑3的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上，由于手性结构具有旋光性，此时透射光束的偏振方向发生了一定角度的偏转，对于此刻的透射光束来讲，起偏器2和检偏器7已不再正交，因此光纤光谱仪8的探头所检测到的光束的光强会增大；此时由光纤光谱仪8的探头检测通过检偏器的光束的光强，检测得到的光强如图2中的曲线b所示。

③在保证透过光阑3的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上的基础上，精密地调节样品台的位置，同时观察计算机终端9上显示的光谱图，即通过计算机终端9观察光纤光谱仪8的探头检测到的光束的光强的变化，图2中的曲线d为光纤光谱仪8的探头检测到的光束的光强最大时的曲线，当光谱图中光强最大时即为入射的光束垂直入射到待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上，且光斑照射在手性结构的中心位置处时停止调节样品台的位置。

④在步骤③的基础上，操控步进电机10带动起偏器转动，同时观察计算机终端9上显示的光谱图，即通过计算机终端9观察光纤光谱仪8的探头检测到的光束的光强的变化，并记录下光谱图中光强最小（如图2中曲线c所示）时步进电机10带动起偏器转动的角度，该角度即为周期性手性结构透明薄膜的旋光度。

图3给出了周期性手性结构透明薄膜的样品图，图3中的每个黑色点是由一系列周期性手性结构刻在二氧化硅上所形成的。

Claims (5)

1.一种测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其特征在于包括测量用光源、起偏器、光阑、检偏器和光纤光谱仪，所述的起偏器、所述的光阑和所述的检偏器依次设置于所述的测量用光源发射出的光束的光传播路径上，所述的起偏器连接有用于带动所述的起偏器旋转的步进电机，所述的光阑与所述的检偏器之间设置有位置精密可调的样品台，测量时透过所述的光阑的光束垂直照射在固定于所述的样品台上的周期性手性结构透明薄膜上，所述的光纤光谱仪的探头检测通过所述的检偏器的光束的光强，所述的光纤光谱仪的输出端连接有用于显示光谱图的计算机终端。

2.根据权利要求1所述的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其特征在于所述的测量用光源采用发射出的光束为波长为632.8nm的激光光束的氦氖激光器。

3.根据权利要求1或2所述的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其特征在于所述的样品台由水平微调架、竖直微调架和用于搁置周期性手性结构透明薄膜的样品搁架组成，所述的竖直微调架的底端与所述的水平微调架连接，所述的竖直微调架的顶端与所述的样品搁架连接。

4.根据权利要求3所述的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置，其特征在于所述的光纤光谱仪采用型号为USB4000的微型光纤光谱仪，其波长范围为200～1100nm。

5.一种权利要求1所述的测量周期性手性结构透明薄膜旋光度的装置相应的方法，其特征在于包括以下步骤：

①开启测量用光源，然后将起偏器的偏振方向与检偏器的偏振方向调至正交，再将待测的周期性手性结构透明薄膜固定于样品台上，并使待测的周期性手性结构透明薄膜垂直于测量用光源发射出的光束的光传播路径；

②粗略地调节样品台的位置，使透过光阑的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上；

③在保证透过光阑的光束垂直照射在待测的周期性手性结构透明薄膜的手性结构上的基础上，精密地调节样品台的位置，同时观察计算机终端上显示的光谱图，当光谱图中光强最大时即当光斑照射在手性结构的中心位置处时停止精密地调节样品台的位置；

④在步骤③的基础上，操控步进电机带动起偏器转动，同时观察计算机终端上显示的光谱图，并记录下光谱图中光强最小时步进电机带动起偏器转动的角度，该角度即为周期性手性结构透明薄膜的旋光度。

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