CN111366539A - 一种偏振调制深度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏振调制深度测量系统，包括激光器、第一偏振分析仪、1/2波片及旋转装置组、聚焦透镜、第二偏振分析仪、滤光组件和信号收集装置；第一偏振分析仪用于改变激光器产生激光的偏振状态，1/2波片及旋转装置组用于改变激光的偏振角度，聚焦透镜用于聚集从样品激发出来的信号，第二偏振分析仪用于校验收集信号的偏振状态，滤光组件用于滤除激光信号和杂散光信号，信号收集装置用于收集信号光谱。使用本发明系统测量时，只需将样品放置固定，控制转动1/2波片来改变线偏振光的偏振角度，实现自动测量、自动处理并保存光谱数据；可准确的控制入射光偏振状态，操作简便，光谱测量范围宽且测量结果准确度高、稳定性好、可重复性强。
Description
技术领域
本发明属于偏振测量领域，特别是一种偏振调制深度测量系统。
背景技术
共轭聚合物材料的链形态对共轭聚合物基器件的功能有很大的影响。在探索共轭聚合物链的形态顺序和折叠机理时，可以通过对共轭聚合物材料调制深度的测量，来判断其形态。在共轭聚合物中，吸收张量表示链上所有跃迁偶极子的非相干和，M值提供了链序参数的良好表示。当更多的发色团平行排列时，M的值接近1，当它们变得更加各向同性时，M的值接近0。
通过采集不同角度偏振光激发样品的光谱，利用强度轨迹与激发偏振角的函数关系I∝1+M cos 2(θ-φ)，可以量化每个聚合物链的发光强度，其中θ激发偏振角，φ是最大吸收角，M为调制深度。要产生不同角度偏振光来激发样品，可采用转动激光器来实现，也可以通过转动偏振分析仪来实现。上述这两种方法都有其缺陷，转动激光器会严重影响其寿命并且实验光路难以校准；转动偏振分析仪，会使通过的激光强度发生变化，影响实验的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏振调制深度测量系统，可准确的控制入射光偏振状态。
实现本发明目的的技术方案为：一种偏振调制深度测量系统，包括激光器、第一偏振分析仪、1/2波片及旋转装置组、聚焦透镜、第二偏振分析仪、滤光组件、信号收集装置和控制单元；
所述激光器用于产生发射激光；
所述第一偏振分析仪用于改变所述激光器产生激光的偏振状态；
所述1/2波片及旋转装置组用于控制和改变通过第一偏振分析仪后出射激光的偏振角度；所述1/2波片及旋转装置组包括狭缝、1/2波片、旋转支架和旋转控制器，所述1/2波片固定于旋转支架中心，旋转控制器用于控制1/2波片旋转角度狭缝固定于旋转支架上1/2波片中心正前，不随1/2波片转动而转动；
所述聚焦透镜用于聚集从样品激发出来的信号；
所述第二偏振分析仪用于校验收集信号的偏振状态；
所述滤光组件用于滤除激光信号和杂散光信号；
所述信号收集装置用于收集信号光谱；
所述控制单元用于控制测量系统运行及数据处理保存。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：(1)本发明利用计算机控制单元，旋转控制器精确控制1/2波片旋转角度，可实现任意激光偏振角度对样品的激发，可根据实际需要调整控制旋转角度；(2)本发明在光路上和旋转控制器中心设置狭缝，激光从光路上狭缝通过，同时通过旋转控制器中心的狭缝，确保激光从1/2波片中心通过，以减小1/2波片旋转对测量造成的影响，提高实验结果的准确性；(3)本发明在测量过程以不同偏振角度的线偏振激光照射被测样品，在测量过程中不需要移动被测样品，可以保证在整个测量过程中激光在被测样品上的照射位置不变，从而可以准确的测量出样品同一个位置的信号；(4)本发明进行测量时，只需将样品放置固定好，利用所编程序自动控制转/2波片来改变线偏振光的偏振角度，实现自动测量、自动处理并保存光谱数据。
附图说明
图1为本发明偏振调制深度测量系统光路示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种偏振调制深度测量系统，包括激光器1、第一偏振分析仪3、1/2波片及旋转装置组4、聚焦透镜6、第二偏振分析仪7、滤光组件8、信号收集装置9和控制单元10。
所述激光器1用于产生发射激光；
所述第一偏振分析仪3用于改变所述激光器产生激光的偏振状态；
所述1/2波片及旋转装置4组用于在整个实验过程中控制和改变通过第一偏振分析仪后出射激光的偏振角度；所述1/2波片及旋转装置组4包括狭缝、1/2波片、旋转支架和旋转控制器，1/2波片固定于旋转支架中心，通过精确控制1/2波片旋转角度以实现自动控制旋转测量，狭缝固定于旋转支架上1/2波片中心正前，不随1/2波片转动而转动，用于减小1/2波片旋转对测量造成的影响，确保激光从波片中心通过，降低旋转1/2波片对实验的影响，提高实验结果的准确性；
所述聚焦透镜6用于聚集从样品激发出来的信号；
所述第二偏振分析仪7用于校验收集信号的偏振状态；
所述滤光组件8用于滤除激光信号和杂散光信号；
所述信号收集装置9用于收集信号光谱。
所述控制单元10用于控制测量系统运行及数据处理保存。
作为本发明的进一步改进，系统还包括衰减片2，设置在激光器1和第一偏振分析仪3之间，用于调节激光照射到样品上的强度。
作为本发明的进一步改进，系统还包括样品池5，用于置放被测样品材料。
所述样品池5可以是载物台或真空样品室，用于放置被测样品，被测样品可以是溶液样品或薄膜样品；其中溶液样品放置于载物台上；薄膜样品放置于真空样品室中，抽真空降低薄膜的光氧化影响，提高实验的准确度和可重复性，同时可以通过往真空样品室中添加液氮，可从80K至300K的不同温度下进行测量。
作为本发明的进一步改进，所述滤光组件8包括一个或多个滤光片，用于滤掉采集信号中的激光信号。当滤光片数量为多个时，叠加放置于聚焦透镜6的焦点上。
作为本发明的进一步改进，所述信号收集装置9包括光纤和摄谱仪，用于收集信号光谱并传输至控制单元10。
使用本发明所述系统测量样品偏振调制深度时，只需将样品放置固定好，利用所编程序自动控制转动1/2波片来改变线偏振光的偏振角度，实现自动测量、自动处理并保存光谱数据。不会因为在测量过程中转动激光而增加测量难度，也不会因转动偏振分析仪而导致测量激光强度变化，更不会因转动被测样品而改变测量区域。系统可准确的控制入射光偏振状态，操作简便，并且测量结果精度高、稳定性好，适用于材料在不同偏振度的偏振光激发下的光谱采集、数据分析处理和性质表征。
以下结合说明书附图和具体的实例对本发明作进一步描述。
实施例
如图1所示，一种偏振调制深度测量系统装置，包括激光器1、衰减片2、第一偏振分析仪、1/2波片及旋转装置组4、样品池5、聚焦透镜6、第二偏振分析仪、滤光组件8、信号收集装置9和控制单元10；激光器1用于产生发射激光；激光器出射的激光通过衰减片2，用于调节激光照射到样品上的强度，避免激光强度过高损坏样品，提高实验的准确性和可重复性；第一偏振分析仪用于改变所述激光器产生激光的偏振状态；1/2波片及旋转装置组4用于在整个实验过程中控制和改变通过第一偏振分析仪后出射激光的偏振角度；样品池5，用于置放被测样品材料；本实例采用的是MEH-PPV薄膜样品，故样品池5为真空样品室；放置好样品后，真空样品室外接真空泵，用真空泵将其抽真空，时间约为30分钟；同时可以通过往真空样品室中添加液氮降低温度，配合温度控制仪，可从80K至300K的不同温度下进行测量。聚焦透镜6用于聚集从样品激发出来的信号；第二偏振分析仪用于校验收集信号的偏振状态；滤光组件8用于滤除激光信号和杂散光信号；信号收集装置9用于收集信号光谱。
在实施例中，激光器1采用的是532nm激光器产生发射激光，激光器不与实验整体光学元件在一条直线上，可以通过添加反射镜来调节激光光路，调节时需要尽可能保持激光在同一水平高度，避免出射激光“爬坡”现象。
控制单元10的程序用LabView软件编程运行，需要设定实验循环次数和数据保存路径，用于控制系统自动测量和数据处理保存。
在本实施例中，所述1/2波片及旋转装置组4包括狭缝、1/2波片、旋转支架、旋转控制器和计算机控制单元，通过精确控制1/2波片旋转角度以实现自动控制旋转测量。激光通过1/2波片仍为线偏振光，通过旋转1/2波片来调节激光的偏振度，在1/2波片上设置一个狭缝，让激光从狭缝中心通过，以确保激光从1/2波片中心通过，用于减小因1/2波片旋转对实验测量结果造成的影响，以提高实验结果的准确性。为了不影响实验的顺利进行，实验开始前需要将旋转装置归零。
在本实施例中，由于试验样品薄膜比较薄，激光很容易透过，需设置532nm滤光片来滤掉激光，避免对实验结果产生影响。
在本实施例中，所述信号收集装置9包括光纤和摄谱仪，用于收集信号光谱并传输至计算机。采集信号时保持光纤弯曲程度不要过大，固定并调节收集信号一端在聚焦透镜6的焦点上，摄谱仪型号是PG2000-Pro光纤光谱仪采集信号，并连接控制单元。
Claims (10)
1.一种偏振调制深度测量系统，其特征在于，包括激光器(1)、第一偏振分析仪(3)、1/2波片及旋转装置组(4)、聚焦透镜(6)、第二偏振分析仪(7)、滤光组件(8)、信号收集装置(9)和控制单元(10)；
所述激光器(1)用于产生发射激光；
所述第一偏振分析仪(3)用于改变所述激光器(1)产生激光的偏振状态；
所述1/2波片及旋转装置组(4)用于控制和改变通过第一偏振分析仪(3)后出射激光的偏振角度；所述1/2波片及旋转装置组(4)包括狭缝、1/2波片、旋转支架和旋转控制器，所述1/2波片固定于旋转支架中心，旋转控制器用于控制1/2波片旋转角度，狭缝固定于旋转支架上1/2波片中心正前，不随1/2波片转动而转动；
所述聚焦透镜(6)用于聚集从样品激发出来的信号；
所述第二偏振分析仪(7)用于校验收集信号的偏振状态；
所述滤光组件(8)用于滤除激光信号和杂散光信号；
所述信号收集装置(9)用于收集信号光谱；
所述控制单元(10)用于控制测量系统运行及数据处理保存。
2.根据权利要求1所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，测量系统还包括衰减片(2)，设置在激光器(1)和第一偏振分析仪(3)之间，用于调节激光照射到样品上的强度。
3.根据权利要求1或2所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，测量系统还包括样品池(5)，设置在1/2波片及旋转装置组(4)、聚焦透镜(6)之间，用于置放被测样品材料。
4.根据权利要求3所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，所述样品池(5)为载物台，用于放置被测样品，所述被测样品为溶液样品。
5.根据权利要求3所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，所述样品池(5)为真空样品室，用于放置被测样品，所述被测样品为薄膜样品。
6.根据权利要求5所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，真空样品室中添加液氮。
7.根据权利要求1所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，所述滤光组件(8)包括一个滤光片，用于滤掉采集信号中的激光信号。
8.根据权利要求1所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，所述滤光组件(8)包括多个滤光片，叠加放置于聚焦透镜(6)的焦点上，用于滤掉采集信号中的激光信号。
9.根据权利要求7或8所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，激光器采用532nm激光器，滤光片采用532nm滤光片。
10.根据权利要求1所述的偏振调制深度测量系统，其特征在于，所述信号收集装置(9)包括光纤和摄谱仪，用于收集信号光谱并传输至控制单元(10)。
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