CN103884656B - 微纳光谱成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微纳光谱成像装置，包括入射光路和用于接收样品的反射光并进行成像的反射光路。入射光路为装置提供入射光，包括沿水平方向依次设置的光源装置、准直物镜、第一光阑、线性偏振片、可移除凸透镜、分光片和垂直光路；反射光路是由样品反射光形成的光路，用于获得样品图像，并可测量样品角分辨反射傅里叶信息。本发明通过获取样品实像和样品反射光谱傅里叶信息，对样品进行表征，能够用于电致发光和光致发光晶体的测量。

Description

微纳光谱成像装置

技术领域

本发明属于成像技术领域，涉及一种微纳光谱成像系统。

背景技术

随着纳米科学技术的发展，半导体纳米晶体由于其独特的物理和化学特性，尤其是在光学和生物学方面，日益显示出巨大的学术价值和良好的商业前景。半导体纳米晶体的结构导致了它具有尺寸量子效应和节点限域效应并由此派生出半导体纳米晶体独特的发光特性。

发光是电磁波、带电粒子、电能、机械能及化学能等作用到物质上被转化为光能的现象。电致发光，是指一种直接将电能转化为光能的发光现象，主要是荧光体在外加电场作用下的自发光现象；光致发光，是指电子在外界电磁振动的激发下，从低能态跃迁到高能态，但高能态一般不稳定，会跃迁到低能态并发出光子的现象。

电致发光和光致发光晶体因其优越的物理性能、重要应用及其广阔的发展前景在半导体纳米晶体的研究中备受关注。随着近代图像显示、信息处理和特种照明等新技术的发展，工业生产对电致发光和光致发光晶体的发光性能的要求越来越高。现阶段的研究主要集中在电致发光和光致发光晶体的亮度提高、色度性能改善和使用寿命的延长等方面，利用成像技术来表征电致发光和光致发光晶体特性是目前常用的方法。

发明内容

技术问题：本发明提供一种利用成像和获取样品角分辨反射傅里叶信息的方法测量光致发光和电致发光晶体，可减少光通量损失，提高信噪比，更为有效和精确的微纳光谱成像装置。

技术方案：本发明的微纳光谱成像装置，包括入射光路和用于接收样品的反射光并进行成像的反射光路；入射光路包括沿水平方向依次设置的光源装置、准直物镜、第一光阑、线性偏振片、可移除凸透镜、分光片和垂直光路，垂直光路包括沿垂直方向从上至下依次设置的第一反光镜、物镜和样品台，分光片的反射面面向第一反光镜并与光路反射方向45°设置，第一反光镜的反射面面向物镜并与光路入射方向45°设置，物镜的出射方向对准放置和调整样品的样品台，第一反光镜和物镜同时是反射光路的组成部分。

反射光路包括物镜、第一反光镜、分光片、沿分光片的反射方向依次设置的第一凸透镜、第二光阑、第二反光镜、第二凸透镜、可移除反光镜和光谱仪，以及沿可移除反光镜的反射方向依次设置的第三凸透镜和CCD成像装置，第二反光镜与光路入射方向45°设置，可移除反光镜的反射面与光路入射方向45°设置，物镜的后焦面与第一凸透镜的光程等于第一凸透镜的焦距f8，第一凸透镜的焦点落在第二光阑上，第二光阑和第二凸透镜的光程等于第二凸透镜的焦距f11，光谱仪的光纤探测头在电机的控制下能够垂直于入射光线轴线运动，实现接收不同角度样品的傅里叶信息。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明通过在光路中采用垂直光路，能够在样品台上水平放置需要加入电极的电致发光晶体以及光致发光晶体，主要实现光致发光晶体和电致发光晶体的成像，并可获取晶体角分辨傅里叶反射信息，从而对光致发光晶体和电致发光晶体的亮度、色度等特性进行表征。其中光致发光晶体的测量可通过改变光源实现。

本发明通过在入射光路中加入不同放大倍数的准直物镜和物镜来改变光斑大小，准直物镜起到准直光线作用，第一物镜起到聚焦的作用，准直物镜和第一物镜放大倍数的比例为光斑的放大倍数。可根据样品的大小，通过改变准直物镜和第一物镜放大倍数的比例，改变光斑的大小。

本发明在反射光路接收端加入电机，并通过LabVIEW程序控制电机移动光纤探测器垂直于光路轴线运动，不同位置可得到不同角度的傅里叶信息，通过光谱仪显示不同角度下的样品傅里叶信息，通过分析可得到样品的反射和透射特性。

本发明通过在入射光路加入偏振片，使入射到样品的光为偏振光，有些晶体对偏振光非常敏感，可用于偏振光下晶体的表征；同时当使用激光光源时，起到衰减光源保护晶体的作用。

本发明在反射光路加入可移除反光镜，能够使CCD成像装置和光纤探测器装置相互切换，使用可移除反光镜时，探测器装置被屏蔽，CCD成像装置用于拍摄样品实像，移除反光镜时，CCD成像装置被屏蔽，探测器装置用于检测样品角分辨反射傅里叶信息，减少了使用分光片造成的光通量损失，提高了信噪比。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为垂直光路的结构示意图。

图中有：光源装置1、准直物镜2、第一光阑3、线性偏振片4、可移除凸透镜5、分光片6和垂直光路7，第一凸透镜8、第二光阑9、第二反光镜10、第二凸透镜11、可移除反光镜12、电机13、光谱仪14、第三凸透镜15、CCD成像装置16、第一反光镜17、物镜18、样品台19。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，本发明的微纳光谱成像装置，包括入射光路和用于接收样品的反射光并进行成像的反射光路；入射光路包括沿水平方向依次设置的光源装置1、准直物镜2、第一光阑3、线性偏振片4、可移除凸透镜5、分光片6和垂直光路7，垂直光路7包括沿垂直方向依次设置的第一反光镜17、物镜18和样品台19，分光片6的反射面面向垂直光路7并与光路反射方向45°设置，第一反光镜17的反射面面向物镜18并与光路入射方向45°设置，物镜18的出射方向对准放置和调整样品的样品台19，第一反光镜17和物镜18同时是反射光路的组成部分；光源装置1提供光源，经过准直物镜2后形成平行光，通过设置于准直物镜2后的第一光阑3，控制平行光束的大小，第一光阑3出来的光经由线性偏振片4形成偏振光，偏振光透过反光片6入射到图2中的第一反光镜17,精油第一反光镜17反射后，入射光线由水平方向变为垂直方向入射到物镜18，并聚焦到样品台19上；在线性偏振片4和分光片6之间加入可移除凸透镜5，可使临界照明变为科勒照明，样品台19上的照明区域增大，主要用于在测量之前寻找样品。

反射光路包括物镜18、第一反光镜17、分光片6，沿分光片6的反射方向依次设置的第一凸透镜8、第二光阑9、第二反光镜10、第二凸透镜11、可移除反光镜12和光谱仪14，以及沿可移除反光镜12的反射方向依次设置的第三凸透镜15和CCD成像装置16，第二反光镜10与光路入射方向45°设置，可移除反光镜12的反射面与光路入射方向45°设置，物镜17的后焦面与第一凸透镜8的光程等于第一凸透镜8的焦距f8，第一凸透镜8的焦点落在第二光阑9上，第二光阑9和第二凸透镜11的光程等于第二凸透镜11的焦距f11，光谱仪14的光纤探测头在电机13的控制下能够垂直于入射光线轴线运动，实现接收不同角度样品的傅里叶信息。样品反射的光首先通过第一物镜18进行放大，垂直的反射光经过第一反光镜17变为水平光线，然后通过分光片6以90°方向分离出去，反射光后经过反光片6右端的共焦凸透镜装置发生傅里叶变换，共焦凸透镜装置包括第一凸透镜8和第二凸透镜11；经过傅里叶变换的样品反射光由光谱仪14的光纤探测头接收，通过LabVIEW程序控制电机13移动光纤探测头，使其垂直于入射光线轴线运动，光谱仪14获得不同角度的傅里叶光谱信息；设置于共焦凸透镜组焦平面上的第二光阑9，用于控制样品实像对系统的影响，提高测试质量；在第二凸透镜11和电机13中间加入可移除反光镜12，光谱仪14被屏蔽，光路垂直改变，由CCD成像装置16获取样品的实像，设置于可移除反光镜12和CCD成像装置16之间的第三凸透镜15，用于将样品的傅里叶像变为实像。

综上所述，本发明能够获得光致发光和电致发光晶体的发光图像，并可获取晶体的角分辨反射傅里叶信息。

Claims (1)

1.一种微纳光谱成像装置，其特征在于，该装置包括入射光路和用于接收样品的反射光并进行成像的反射光路；

所述入射光路包括沿水平方向依次设置的光源装置（1）、准直物镜（2）、第一光阑（3）、线性偏振片（4）、可移除凸透镜（5）、分光片（6）和垂直光路（7），所述垂直光路（7）包括沿垂直方向从上至下依次设置的第一反光镜（17）、物镜（18）和样品台（19），所述分光片（6）的反射面面向第一反光镜（17）并与光路反射方向45°设置，第一反光镜（17）的反射面面向物镜（18）并与光路入射方向45°设置，物镜（18）的出射方向对准放置和调整样品的样品台（19），第一反光镜（17）和物镜（18）同时是反射光路的组成部分；

所述反射光路包括物镜（18）、第一反光镜（17）、分光片（6）、沿所述分光片（6）的反射方向依次设置的第一凸透镜（8）、第二光阑（9）、第二反光镜（10）、第二凸透镜（11）、可移除反光镜（12）和光谱仪（14），以及沿所述可移除反光镜（12）的反射方向依次设置的第三凸透镜（15）和CCD成像装置（16），所述第二反光镜（10）与光路入射方向45°设置，所述可移除反光镜（12）的反射面与光路入射方向45°设置，所述物镜（18）的后焦面与第一凸透镜（8）的光程等于第一凸透镜（8）的焦距f8，第一凸透镜（8）的焦点落在第二光阑（9）上，第二光阑（9）和第二凸透镜（11）的光程等于第二凸透镜（11）的焦距f11，所述光谱仪（14）的光纤探测头在电机（13）的控制下能够垂直于入射光线轴线运动，实现接收不同角度样品的傅里叶信息。