CN106198407A - 一种样品空间扫描及定位装置 - Google Patents

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Abstract

一种样品空间扫描及定位装置，其包括：底座，第一位移台，可滑动的固接于底座上，能够相对于底座在第一方向上移动；第二位移台，可滑动的固接于所述第一位移台，能够相对于第一位移台在第二方向上移动；第三位移台，可滑动的固接于所述第二位移台，能够相对于第二位移台在第三方向上移动；以及光路系统，用于光谱测量的激发和收集，采用三个位移台的联动设计使样品光谱收集物镜和光路实现同步三维空间移动，使光谱测量更加方便和高效。

Description

一种样品空间扫描及定位装置
技术领域
本发明属于测量技术领域，尤其涉及样品光谱测量过程中的样品空间扫描及定位的一种装置。
背景技术
光谱测量技术在物理、化学、生物等相关学科领域被广泛应用。人们从原子光谱开始认识微观世界，并发现了微观世界的量子化通则，可见光谱技术的重要性。光谱测量也是研究半导体性质的重要工具。它可以测量和分析半导体的能带结构、杂质缺陷、载流子输运等物理性质。
在实际的光谱测量中，商用光谱仪通常采用移动载物台来移动样品的方式来实现不同样品或者同一样品不同位置的光谱测量。这种样品空间扫描方式在室温条件下是没有问题的。但是，半导体材料尤其是低维半导体材料由于声子散射等原因在低温条件下才有好的光谱强度及光谱性质，那就需要把样品放置到低温光学恒温器中，此时，要实现样品空间扫描就需要连同低温光学恒温器一起移动，而低温光学恒温器通常比较庞大，移动起来很困难。尤其是显微光谱测量，测量对象的尺寸通常小于1微米，例如单个半导体量子点、单个晶体缺陷，此时要实现对测量对象空间位置的精确定位，靠移动低温光学恒温器是几乎无法完成的。所以，制作一种保持样品不动且又能实现样品空间扫描和精确定位的装置对于低温光谱测量是非常有必要的。
发明内容
鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种样品空间扫描及定位装置，以至少解决上述技术问题之一。
根据本发明的一个方面，提供了一种样品空间扫描及定位装置。该样品空间扫描及定位装置包括：底座；第一位移台，可滑动的固接于底座上，能够相对于底座在第一方向上移动；第二位移台，可滑动的固接于所述第一位移台，能够相对于第一位移台在第二方向上移动；第三位移台，可滑动的固接于所述第二位移台，能够相对于第二位移台在第三方向上移动；以及光路系统，发射光与反馈光光路相逆，该光路系统包括：第一反射镜，固接于所述第一位移台；第二反射镜，固接于所述第二位移台；以及物镜，固接于所述第三位移台；发射光沿第一方向入射至所述第一反射镜，沿第二方向反射至所述第二反射镜，经第二反射镜沿第三方向反射至物镜，经物镜透射沿第三方向射出聚焦至样品；所述样品经发射光照射后产生反馈光，沿发射光光路的逆光路返回。
从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果之一：
(1)采用三个位移台的联动设计使样品光谱收集物镜和光路实现同步三维空间移动，在保持样品不动的情况下，实现对样品的空间扫描及定位，使低温光谱测量更加方便和高效。
(2)三个位移台采用高精度差动微分驱动器，则可以对样品的某一位置实现高精度三维空间定位，从而实现对类似半导体单量子点等的显微光谱测量。
附图说明
图1a为本发明实施例中样品空间扫描及定位装置的结构示意图的主视图；
图1b为本发明实施例中样品空间扫描及定位装置的结构示意图的左视图；
图2为采用图1a及图1b所示的样品空间扫描及定位装置对单个InAs/GaAs量子点在低温5K环境下进行测量的荧光光谱图。
【主要元件】
1-第一位移台；2-第一转接板；3第二位移台；
4-第二转接板；5-第三位移台；6-第一反射镜；
7-第一反射镜架；8-第二反射镜；9-第二反射镜架；
10-第三转接板；11-物镜架；12-物镜；13-底座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
为了更好的表述本发明各组件之间的空间关系，将水平左右方向定义为X轴方向，水平前后方向定义为Y轴方向，竖直上下方向定义为Z轴方向。
本发明实施例提供了一种样品空间扫描及定位装置，如图1所示，该样品空间扫描及定位装置包括：底座13、第一位移台1、第二位移台3、第三位移台5、第一反射镜6、第二反射镜8及物镜12。
其中第一位移台1可带动第二位移平3、第三位移台5、第一反射镜6、第二反射镜8及物镜12相对于底座13在X方向上同步移动；
第二位移台3可带动第三位移台5、第二反射镜8及物镜12相对于第一位移台1在Z方向上移动；
第三位移台5可带动物镜12相对于第二位移台3在Y方向上移动；
第一反射镜6相对于第一位移台1位置固定；
第二反射镜8相对于第二位移台3位置固定；
物镜12相对于第三位移台5位置固定，可以为凸透镜等具有聚光作用的透镜；
第一反射镜6、第二反射镜8及物镜12构成测量光路，通过调节第一位移台1、第二位移台3、第三位移台5的位置来调整测量光路对准被测样品。
具体的，第一位移台1可滑动的固接于底座13上，该第一位移台1可相对于底座13左右水平移动，即沿X轴方向移动。
第一转接板2固定在第一位移台1上，第一转接板2与第一位移台1及第一位移台1的移动方向均垂直设置，即第一转接板2设置在YZ平面内。第一反射镜6通过第一反射镜架7固定在第一转接板2上。
第二位移台3可滑动的固接于第一转接板2上，该第二位移台3可相对于第一转接板2竖直上下移动，即沿Z轴方向移动。
第二转接板4固定在第二位移台3上，与第二位移台3平行设置，第二反射镜8通过第二反射镜架9固定在第二转接板4上。
第三位移台5可滑动的固接于第二转接板4上，该第三位移台5可相对于第二转接板4水平前后移动，即沿Y轴方向移动。
第三转接板10固定在第三位移台5上，物镜12通过物镜架11固定在第三转接板10上。
第一反射镜6、第二反射镜8及物镜12构成本发明的光谱测量光路，该光谱测量的激发光路和收集光路采用同一光路，如附图1所示，激发光首先沿X轴方向打到第一个反射镜6上，经第一个反射镜6反射后沿Z轴反方向打到第二个反射镜8上，再由第二个反射镜8反射由Y轴方向打到物镜12上，经物镜12聚焦来激发样品；而激发后的样品光谱信号光则由物镜12收集沿激发光路相反的方向传播，最后由光谱仪进行光谱分析。
调节第一位移台1实现包括第一个反射镜6和第二个反射镜8及物镜12在内的整个光路同步沿X轴方向位移，这样就实现了激发光聚焦光斑在样品上的X轴方向扫描及定位，而在Y轴和Z轴两个方向保持不动。调节第二位移台3实现第二个反射镜8及物镜12同步沿Z轴方向位移，而第一个反射镜6保持不动，这样就实现了激发光聚焦光斑在样品上的Z轴方向扫描及定位，而在X轴和Y轴两个方向保持不动。调节第三位移台5实现物镜12沿Y轴方向位移，这样就实现了激发光聚焦光斑恰好聚焦在样品表面，而在X轴和Z轴两个方向保持不动。独立调节三个位移台1、3、5就可以实现对位置固定的样品的三维空间扫描。
三个位移台采用高精度差动微分驱动器则可实现对样品的某个位置的精确定位来进行光谱测量。
本领域技术人员应当理解，尽管本发明实施例中第一至三位移台的移动方向分别对应于X轴、Z轴和Y轴方向，但本发明的保护范围不限于此，第一位移台的移动方向还可以对应Z轴或Y轴方向，第二位移台的移动方法还可以对应Y轴或X轴方向，第三位移台的移动方向还以对应X轴或Z轴方向，仅需保证三个位移台联动即可。
本发明实施例中限定了支撑第一反射镜6的第一反射镜架7、支撑第二反射透镜8的第二反射镜架9及支撑物镜12的物镜架11分别通过第一转接板2、第二转接板4及第三转接板10固定在第一位移台1、第二位移台3及第三位移台5上，但本发明的保护范围不限于此，第一反射镜架7、第二反射镜架9、物镜架11可以直接固定在第一位移台1、第二位移台3及第三位移台5上。
采用本发明提供的样品空间扫描及定位装置可以实现对单个半导体量子点的三维空间扫描及精确定位，进而在低温条件下对单个量子点微弱荧光光谱的测量，如图2所示，给出了单个InAs/GaAs量子点在低温5K环境下的显微荧光光谱图。
实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围；
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

Claims (10)

1.一种样品空间扫描及定位装置，其特征在于，包括：
底座(13)；
第一位移台(1)，可滑动的固接于所述底座(13)上，能够相对于所述底座(13)在第一方向上移动；
第二位移台(3)，可滑动的固接于所述第一位移台(1)，能够相对于所述第一位移台(1)在第二方向上移动；
第三位移台(5)，可滑动的固接于所述第二位移台(3)，能够相对于所述第二位移台(3)在第三方向上移动；以及
光路系统，包括：
第一反射镜(6)，固接于所述第一位移台(1)；
第二反射镜(8)，固接于所述第二位移台(3)；以及
物镜(12)，固接于所述第三位移台(5)；
其中，发射光沿第一方向入射至所述第一反射镜(6)，沿第二方向反射至所述第二反射镜(8)，经第二反射镜(8)沿第三方向反射至物镜(12)，经物镜(12)透射沿第三方向射出聚焦至样品；所述样品经发射光照射后产生反馈光，沿发射光光路的逆光路返回；
其中，所述第一方向、第二方向和第三方向为不重合的方向。
2.根据权利要求1所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于：
所述第一位移台(1)固定设置有第一转接板(2)，所述第二位移台(3)可滑动的固接于所述第一转接板(2)上；
所述光路系统还包括：第一反射镜架(7)，固定设置于所述第一转接板(2)上，用于支撑所述第一反射镜(6)。
3.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于：
所述第二位移台(3)固定设置有第二转接板(4)，所述第三位移台(3)可滑动的固接于所述第二转接板(4)上；
所述光路系统还包括：第二反射镜架(9)支撑所述第二反射镜(8)，所述第二反射镜架(9)固定设置于所述第二转接板(4)上。
4.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于：
所述第三位移台(5)固定设置有第三转接板(10)；
所述光路系统还包括：物镜架(11)支撑所述物镜(12)，所述物镜架(11)固定设置于所述第三转接板(10)上。
5.根据权利要求3所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，还包括：
所述第三位移台(5)固定设置有第三转接板(10)；
所述光路系统还包括：物镜架(11)支撑所述物镜(12)，所述物镜架(11)固定设置于所述第三转接板(10)上。
6.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，还包括：所述第一方向、第二方向及第三方向分别为水平左右方向、水平前后方向及竖直方向。
7.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，第一反射镜(6)为平面镜或棱镜，沿第一方向入射至第一反射镜(6)的发射光的入射角为45°。
8.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，第二反射镜(8)为平面镜或棱镜，沿第二方向入射至第二反射镜(8)的发射光的入射角为45°。
9.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，还包括：所述第一位移台(1)、所述第二位移台(3)及所述第三位移台(5)中至少一个采用差动微分驱动器驱动，实现高精度三维空间定位。
10.根据权利要求1或2所述的样品空间扫描及定位装置，其特征在于，所述发射光为激发光，用于激发样品，所述反馈光为光谱信号光，用于进行光谱测量。
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