CN103884659A - 角分辨微纳光谱分析装置 - Google Patents
角分辨微纳光谱分析装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103884659A CN103884659A CN201410057831.2A CN201410057831A CN103884659A CN 103884659 A CN103884659 A CN 103884659A CN 201410057831 A CN201410057831 A CN 201410057831A CN 103884659 A CN103884659 A CN 103884659A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- convex lens
- light path
- sample
- reflective mirror
- diaphragm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Abstract
本发明公开了一种角分辨微纳光谱分析装置，包括入射光路、反射光路和透射光路。入射光路为装置提供入射光；反射光路是由样品反射光形成的光路，用于测量样品角分辨反射傅里叶信息；透射光路是由样品透射光形成的光路，用于测量样品角分辨透射傅里叶信息。本发明通过获取样品反射和透射光谱成像信息，对样品进行表征，能够用于微纳光子晶体的测量。其中，接收端探测器通过自动化控制电机使光纤探测器能够接收样品不同反射角度的光谱信息。
Description
技术领域
本发明属于成像技术领域，涉及一种角分辨微纳光谱分析系统。
背景技术
近年来，由于光子晶体广阔的应用前景，使其理论研究及实际应用得到了迅速发展，这一领域已经成为当今世界范围内研究的热点。光子晶体的周期性结构，由于布拉格散射的影响，在其中的传播的光就会受到调制形成能带结构，能够在微纳尺度上对光子的传输状态进行有效的控制。随着技术的发展，制作工艺的提高，一系列新型微纳光子器件被制作出来，具有更低的损耗，更小的体积，增强了光与物质的相互作用。
表征微纳光子晶体最常用的技术是光谱学。光谱学是光学的一个分支学科，研究各种物质的光谱的产生及光与物质之间的相互作用。光谱是电磁辐射按照波长的有序排列，根据实验条件的不同，各个辐射波长都具有各自的特征强度。通过光谱的研究，人们可以得到物质结构的知识。
在光谱学的各种应用技术中，垂直入射和斜入射（角分辨）反射或者透射是研究微纳光子晶体特征最常用的技术。反射和透射测量能够揭示光在系统中的传播途径。在测量特定结构微纳光子晶体的色散关系时，角分辨光谱学是最直接的方法。
发明内容
技术问题：本发明提供一种利用角分辨反射和透射方法测量微纳光子晶体，更为有效和精确的角分辨微纳光谱分析装置。
技术方案：本发明的角分辨微纳光谱分析装置，包括入射光路、与入射光路的出射方向对准的样品台、用于接收微纳光子晶体样品的透射光并检测透射角分辨光谱信息的透射光路、用于接收微纳光子晶体样品的反射光并检测反射角分辨光谱信息的反射光路；
入射光路包括依次设置的光纤装置、准直物镜、第一光阑、线性偏振片、可移除凸透镜、分光片、第一物镜，分光片的反射面面向第一物镜并与光路反射方向45°设置，第一物镜的出射方向对准放置和调整样品的样品台，分光片和第一物镜同时是反射光路的组成部分；
反射光路包括第一物镜、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、第一反光镜、第二凸透镜、第一可移除反光镜和第一光谱仪，以及沿第一可移除反光镜的反射方向依次设置的第三凸透镜和第一CCD成像装置，第一反光镜与光路入射方向45°设置，第一可移除反光镜的反射面与光路入射方向45°设置，第一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f9，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f12，第一光谱仪的光纤探测头在第一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；
透射光路包括依次设置的第二物镜、第四凸透镜、第二反光镜、第三光阑、第五凸透镜、第二可移除反光镜、第六凸透镜、第二CCD成像装置，以及沿第二可移除反光镜的反射方向设置的第二光谱仪，第二反光镜与光路入射方向45°设置，第二可移除反光镜的反射面与光路入射方向45°设置，第二物镜的后焦面与第四凸透镜的光程等于第四凸透镜的焦距f19，第四凸透镜与第三光阑的光程等于第四凸透镜的焦距，第五凸透镜的焦点落在第三光阑上，第二光谱仪的光纤探测头在第二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：
本发明通过在入射光路中加入不同放大倍数的准直物镜和第一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。
本发明在反射光路和透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，有些微纳光子晶体对偏振光非常敏感，可用于偏振光下微纳光子晶体的表征。
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。
本发明在透射光路整加入可移除反光镜，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，CCD成像装置被屏蔽，探测器装置用于检测样品角分辨透射傅里叶信息，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，可移除反光镜的使用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。
图中有：光纤装置1、准直物镜2、第一光阑3、线性偏振片4、可移除凸透镜5、第一物镜6、样品台7、分光片8、第一凸透镜9、第二光阑10、第一反光镜11、第二凸透镜12、第一可移除反光镜13、第一电机14、第一光谱仪15、第三凸透镜16、第一CCD成像装置17、第二物镜18、第四凸透镜19、第二反光镜20、第三光阑21、第五凸透镜22、第二可移除反光镜23、第二电机24、第二光谱仪25、第六凸透镜26、第二CCD成像装置27。
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，本发明的角分辨微纳光谱分析装置，包括：入射光路、与入射光路的出射方向对准的样品台7、用于接收微纳光子晶体样品的透射光并检测透射角分辨光谱信息的透射光路、用于接收微纳光子晶体样品的反射光并检测反射角分辨光谱信息的反射光路。
入射光路包括依次设置的光纤装置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8、第一物镜6，分光片8的反射面面向物镜6并与光路反射方向45°设置，第一物镜6的出射方向对准放置和调整样品的样品台7，分光片8和第一物镜6同时是反射光路的组成部分。光纤装置1提供光纤光源，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，位于线性偏振片4之后的第一物镜6具有聚焦光源的作用，其放大倍数与准直物镜2的放大倍数的比例关系决定了入射到样品上的光斑的大小；在第一物镜6的出射面为放置和调整样品的样品台7，可以多个维度调整样品；在线性偏振片4和分光片8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。
反射光路包括第一物镜6、分光片8、沿分光片8的反射方向依次设置的第一凸透镜9、第二光阑10、第一反光镜11、第二凸透镜12、第一可移除反光镜13和第一光谱仪15，以及沿第一可移除反光镜13的反射方向依次设置的第三凸透镜16和第一CCD成像装置17，第一反光镜11与光路入射方向45°设置，第一可移除反光镜13的反射面与光路入射方向45°设置，第一物镜6的后焦面与第一凸透镜9的光程等于第一凸透镜9的焦距f9，第一凸透镜9的焦点落在第二光阑10上，第二光阑10和第二凸透镜12的光程等于第二凸透镜12的焦距f12，第一光谱仪15的光纤探测头在第一电机14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6进行放大，入射光经过分光片8垂直分离出去，然后通过设置于分光片8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9和第二凸透镜12；经过傅里叶变换的样品反射光由第一光谱仪15的光纤探测头接收，通过LabVIEW程序控制第一电机14移动光纤探测头，使其垂直于入射光线轴线运动，第一光谱仪15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10，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12和第一电机14中间加入第一可移除反光镜13，第一光谱仪15被屏蔽，光路垂直改变，由第一CCD成像装置17获取样品的实像，设置于第一可移除反光镜13和第一CCD成像装置17之间的第三凸透镜16，用于将样品的傅里叶像变为实像。
透射光路包括依次设置的第二物镜18、第四凸透镜19、第二反光镜20、第三光阑21、第五凸透镜22、第二可移除反光镜23、第六凸透镜26、第二CCD成像装置27，以及沿第二可移除反光镜23的反射方向设置的第二光谱仪25，第二反光镜20与光路入射方向45°设置，第二可移除反光镜23的反射面与光路入射方向45°设置，第二物镜18的后焦面与第四凸透镜19的光程等于第四凸透镜19的焦距f19，第四凸透镜19与第三光阑21的光程等于第四凸透镜19的焦距，第五凸透镜22的焦点落在第三光阑21上，第二光谱仪25的光纤探测头在第二电机24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。样品透射光首先经过第二物镜18进行放大，然后经过共焦凸透镜组进行傅里叶变换，共焦凸透镜组包括第四凸透镜19和第五凸透镜22；设置于第四凸透镜19和第五凸透镜22焦平面上的第二光阑21，用于减少样品实像对系统的影响，提高测试质量；设置于第四凸透镜19和第二光阑21的第二反光镜20用于垂直改变光路走向；经过傅里叶变换的样品光通过第六凸透镜26后转变为实像，由第二CCD成像装置成像；在第五凸透镜22和第六凸透镜26之间加入第二可移除反光镜23，第二CCD成像装置被屏蔽，由第二光谱仪25的光纤探测头接收经过傅里叶变换的样品透射光，通过LabVIEW程序控制第二电机14移动光纤探测头，使其垂直于入射光线轴线运动，第二光谱仪25获得不同角度的傅里叶光谱信息。
综上所述，本发明能够测量微纳光子晶体在反射和透射情况下的角分辨光谱信息，获得微纳光子晶体的表征信息，比如能谱带特征、色散特性、透射特性等等，系统操作简单，测量精准。
Claims (1)
1.一种角分辨微纳光谱分析装置，其特征在于，该装置包括入射光路、与所述入射光路的出射方向对准的样品台（7）、用于接收微纳光子晶体样品的透射光并检测透射角分辨光谱信息的透射光路、用于接收微纳光子晶体样品的反射光并检测反射角分辨光谱信息的反射光路；
所述入射光路包括依次设置的光纤装置（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（8）、第一物镜（6），所述分光片（8）的反射面面向第一物镜（6）并与光路反射方向45°设置，第一物镜（6）的出射方向对准放置和调整样品的样品台（7），分光片（8）和第一物镜（6）同时是反射光路的组成部分；
所述反射光路包括第一物镜（6）、分光片（8）、沿所述分光片（8）的反射方向依次设置的第一凸透镜（9）、第二光阑（10）、第一反光镜（11）、第二凸透镜（12）、第一可移除反光镜（13）和第一光谱仪（15），以及沿所述第一可移除反光镜（13）的反射方向依次设置的第三凸透镜（16）和第一CCD成像装置（17），所述第一反光镜（11）与光路入射方向45°设置，所述第一可移除反光镜（13）的反射面与光路入射方向45°设置，所述第一物镜（6）的后焦面与第一凸透镜（9）的光程等于第一凸透镜（9）的焦距f9，第一凸透镜（9）的焦点落在第二光阑（10）上，第二光阑（10）和第二凸透镜（12）的光程等于第二凸透镜（12）的焦距f12，所述第一光谱仪（15）的光纤探测头在第一电机（14）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；
所述透射光路包括依次设置的第二物镜（18）、第四凸透镜（19）、第二反光镜（20）、第三光阑（21）、第五凸透镜（22）、第二可移除反光镜（23）、第六凸透镜（26）、第二CCD成像装置（27），以及沿所述第二可移除反光镜（23）的反射方向设置的第二光谱仪（25），所述第二反光镜（20）与光路入射方向45°设置，所述第二可移除反光镜（23）的反射面与光路入射方向45°设置，所述第二物镜（18）的后焦面与第四凸透镜（19）的光程等于第四凸透镜（19）的焦距f19，第四凸透镜（19）与第三光阑（21）的光程等于第四凸透镜（19）的焦距，第五凸透镜（22）的焦点落在第三光阑（21）上，所述第二光谱仪（25）的光纤探测头在第二电机（24）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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410057831.2A CN103884659B (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 角分辨微纳光谱分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410057831.2A CN103884659B (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 角分辨微纳光谱分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103884659A true CN103884659A (zh) | 2014-06-25 |
| CN103884659B CN103884659B (zh) | 2016-03-02 |
Family
ID=50953676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410057831.2A Active CN103884659B (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 角分辨微纳光谱分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103884659B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106996915A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-01 | 深圳市帝泰光电有限公司 | 一种拍照式智能光谱分析系统 |
| CN107314978A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-03 | 浙江大学 | 微区可见光谱仪及光谱测量方法 |
| CN109405971A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-01 | 南京邮电大学 | 一种显微偏振光谱分析系统及方法 |
| CN111239064A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-05 | 东莞理工学院 | 一种用于溶液浓度测量的反射和透射组合光学测量系统 |
| CN114235696A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 清华大学 | 材料微区光学性质测量装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4109521A1 (de) * | 1990-08-31 | 1991-10-10 | Saeger Manfred Dipl Ing | Mehrwinkel-spektralfotometer |
| WO2008008058A1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-17 | J.A. Woollam Co., Inc. | Discrete polarization state rotatable compensator spectroscopic ellipsometer system, and method of calibration |
| CN103234633A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-07 | 上海复享仪器设备有限公司 | 一种显微角分辨光谱测量装置 |
| CN203132698U (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-14 | 上海复享仪器设备有限公司 | 角分辨光谱测量装置 |
| CN203148835U (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-21 | 上海复享仪器设备有限公司 | 可同时测量显微光谱和角分辨光谱的装置 |
-
2014
- 2014-02-20 CN CN201410057831.2A patent/CN103884659B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4109521A1 (de) * | 1990-08-31 | 1991-10-10 | Saeger Manfred Dipl Ing | Mehrwinkel-spektralfotometer |
| WO2008008058A1 (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-17 | J.A. Woollam Co., Inc. | Discrete polarization state rotatable compensator spectroscopic ellipsometer system, and method of calibration |
| CN103234633A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-07 | 上海复享仪器设备有限公司 | 一种显微角分辨光谱测量装置 |
| CN203132698U (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-14 | 上海复享仪器设备有限公司 | 角分辨光谱测量装置 |
| CN203148835U (zh) * | 2013-04-03 | 2013-08-21 | 上海复享仪器设备有限公司 | 可同时测量显微光谱和角分辨光谱的装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106996915A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-01 | 深圳市帝泰光电有限公司 | 一种拍照式智能光谱分析系统 |
| CN107314978A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-03 | 浙江大学 | 微区可见光谱仪及光谱测量方法 |
| CN109405971A (zh) * | 2018-10-18 | 2019-03-01 | 南京邮电大学 | 一种显微偏振光谱分析系统及方法 |
| CN111239064A (zh) * | 2020-02-25 | 2020-06-05 | 东莞理工学院 | 一种用于溶液浓度测量的反射和透射组合光学测量系统 |
| CN114235696A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-25 | 清华大学 | 材料微区光学性质测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103884659B (zh) | 2016-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107192454B (zh) | 一种基于立体相位光栅和孔径分割技术的THz光谱成像仪 | |
| CN103743720B (zh) | 一种具有角分辨能力的共焦显微拉曼光谱仪 | |
| CN102768015B (zh) | 荧光响应随动针孔显微共焦测量装置 | |
| Harris et al. | Photonic spatial reformatting of stellar light for diffraction-limited spectroscopy | |
| CN103884659B (zh) | 角分辨微纳光谱分析装置 | |
| CN105258800A (zh) | 便携式三通道近深紫外拉曼光谱仪 | |
| TW201205114A (en) | Linear chromatic confocal microscope system | |
| CN103616164A (zh) | 一种基于脉冲激光光源的反射率/透过率综合测量方法 | |
| CN103424190B (zh) | 双楔板色散剪切干涉超光谱成像装置及方法 | |
| CN102830102A (zh) | 基于空心聚焦光斑激发的共聚焦显微方法和装置 | |
| CN104316506A (zh) | 拉曼探头和可自动对焦的拉曼信号探测系统以及方法 | |
| CN102589684A (zh) | 一种红外激光测量像面对准装置 | |
| CN106124166A (zh) | 一种大口径光栅衍射效率的测量装置和测量方法 | |
| CN103076092A (zh) | 一种提高光谱分辨率的干涉成像光谱装置及方法 | |
| CN107782697B (zh) | 宽波段共焦红外透镜元件折射率测量方法与装置 | |
| CN111208072A (zh) | 一种痕量气体浓度检测的光谱系统 | |
| CN107478604B (zh) | 透明材料折射率的测量装置和测量方法 | |
| CN105203223A (zh) | 一种基于cars光谱测量一维扫描火焰温度的装置 | |
| CN105092032B (zh) | 基于f-p标准具的瞬态高分辨率光谱仪 | |
| CN102213585B (zh) | 单光源双光路并行共焦测量系统 | |
| CN105043559B (zh) | 一种基于双焦透镜的cars光谱测温装置 | |
| CN204101461U (zh) | 拉曼探头和可自动对焦的拉曼信号探测装置 | |
| KR20170104245A (ko) | 분광 타원해석기 | |
| KR20160082076A (ko) | 간섭계 기반 단층영상 및 표면형상 동시 획득 장치 | |
| CN104568777A (zh) | 基于频谱编码的共焦显微成像装置及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |