CN112525824A - 一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，属于钙钛矿薄膜生产与检测技术领域。本发明所述方法包括激光器、物镜、小孔、准直透镜、分光棱镜、反射镜、显微物镜、可加热式载体、合束棱镜、CCD相机、计算机；通过使用数字全息技术，分别将钙钛矿薄膜放置在透射式或者反射式的全息光路中，在常温下与加热后的钙钛矿薄膜进行多次不同区域的拍摄，利用CCD获取全息图；通过对全息图所获得的相位信息进行处理分析，判断钙钛矿薄膜的形貌结构情况与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，属于钙钛矿薄膜生产与检测技术领域。
背景技术
目前钙钛矿薄膜的形貌特征检测通常使用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线衍射（XRD）等方式；然而，这些方式对检测的条件有特殊要求，并且成本较高。
传统全息术是利用相干光波的干涉和衍射原理，将携带物体信息的物光与参考光波的干涉信息记录在全息干板，并且可以通过全息图的衍射光波再现出物体的三维图像信息。数字全息术是利用光电成像器件代替全息干板来记录相干信息，通过模数转换得到离散的数字全息图，再使用计算机数值模拟衍射过程得到原物光波的振幅和相位信息。
发明内容
为了克服现有钙钛矿薄膜形貌检测技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，具体包括以下步骤：
（1）激光器1发出的光，经第一准直系统扩束准直后由分光棱镜5将平行光分为两束光，一束为物光，一束为参考光，物光经反射镜Ⅰ6反射到钙钛矿薄膜11上，钙钛矿薄膜涂布在玻璃基体上，放置在可加热式载体10中，物光经过钙钛矿薄膜反射或透射后，经第三准直系统准直后，穿过显微物镜Ⅱ14进入到合束棱镜15上。
（2）参考光经反射镜Ⅱ18反射后，经第二准直系统准直后，穿过与显微物镜Ⅱ14放大倍数完全相同的显微物镜Ⅰ9进入到合束棱镜15上。
（3）计算机17与CCD相机16的输出端口连接，通过调节合束棱镜15，使物光波与参考光波以一定的夹角到达 CCD 相机16靶面进行离轴干涉并形成全息图；由计算机保存并处理全息图；通过改变物光透过被测物的位置，进行多次测量；将采集到的相位信息显示在电脑上；通过对室温与加热状态下所采集到的相位信息进行处理分析，得到钙钛矿薄膜的形貌结构情况与稳定性。
进一步的，本发明所述方法包含两种类型的光路，透射型数字全息光路与反射型数字全息光路。
优选的，本发明所述第一准直系统包括物镜2、小孔Ⅰ3、准直透镜Ⅰ4；第二准直系统包括小孔Ⅱ7、准直透镜Ⅱ8；第三准直系统包括小孔Ⅲ12、准直透镜Ⅲ13。
优选的，本发明所述可加热式载体10为框状结构，包围在钙钛矿薄膜11周围，可对其进行定温加热；可加热式载体10分别与温控装置21和液晶显示屏22连接，温控装置21用于控制可加热式载体10的温度，液晶显示屏22用于显示温度。
优选的，本发明步骤（3）中相位信息进行处理分析的具体过程为：在CCD相机记录到物体变化全息图后，利用二次曝光的方法，将相位相减，对物体变化前后的全息图分别进行数值重建，得到相应物光波的复振幅分布；利用MATLAB 程序分别对全息图的预处理、全息像的数值重建、重建物光波强度和相位分布的提取进行处理；根据处理结果得到被测物体的形貌信息及改变温度后的变化情况。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所述装置结构简单，成本低；使用计算机处理相位信息，更加快速、高效；处理结果的保存及传输更加方便；测试条件要求低，温度可控，可同时得到结构信息与稳定性能。
（2）本发明提供了基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌检测的方法，操作方便，检测精度高，检测成本低，测试条件要求低，可检测形貌结构信息并通过控制温度，得到结构的稳定性能。
附图说明
图1为本发明所述检测方法中透射型光路结构图。
图2为本发明所述检测方法中反射型光路结构图。
图3为本发明所述的一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法及装置的可加热式载体的结构图。
图中：1-激光器、2-物镜、3-小孔Ⅰ、4-准直透镜Ⅰ、5-分光棱镜Ⅰ、6-反射镜Ⅰ、7-小孔Ⅱ、8-准直透镜Ⅱ、9-显微物镜Ⅰ、10-可加热式载体、11-钙钛矿薄膜、12-小孔Ⅲ、13-准直透镜Ⅲ、14-显微物镜Ⅱ、15-合束棱镜、16-CCD相机、17计算机；18-反射镜Ⅱ；19-反射镜Ⅲ；20-反射镜Ⅳ；21-温控装置；22-液晶显示屏。
具体实施方式
下面结合具体实施例本发明作进一步的详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其光路图如图1所示，具体步骤如下：
（1）将由激光器1发出的光经过第一准直系统（物镜Ⅰ2、小孔Ⅰ3、准直透镜Ⅰ4）扩束准直，通过分光棱镜5将平行光分为两束光，一束为物光O，一束为参考光R；物光O经过反射镜Ⅰ6反射，透过被测物钙钛矿薄膜11，钙钛矿薄膜涂布在玻璃基体上，放置在可加热式载体10中，可加热式载体10为框状结构，包围在钙钛矿薄膜11周围，可对其进行定温加热；可加热式载体10分别与温控装置21和液晶显示屏22连接；物光穿过被测物之后，经第三准直系统（小孔Ⅲ12、准直透镜Ⅲ13）准直后，穿过显微物镜Ⅱ14进入到合束棱镜15上。
（2）参考光R经反射镜Ⅱ18反射后，经第二准直系统（小孔Ⅱ7、准直透镜Ⅱ8）准直后，穿过与显微物镜Ⅱ14放大倍数完全相同的显微物镜Ⅰ9进入到合束棱镜15上；调节光路使物光与参考光光程相同。
（3）通过调节合束棱镜15，使物光波与参考光波以一定的夹角到达 CCD 相机16靶面进行离轴干涉并形成全息图；由计算机保存并处理全息图；通过改变物光透过被测物的位置，进行多次测量；经过计算机处理全息图后，得出钙钛矿薄膜形貌结构情况；通过调节可加热式载体控制钙钛矿薄膜的温度，多次采集全息图，经计算机处理后得出钙钛矿薄膜在温度改变情况下的稳定性情况。
具体测试过程为：
按照说明书附图搭建光路，首先在没有被测的情况下进行测量，利用CCD相机收集相位信息，再加上被测物（涂布在玻璃基体上的钙钛矿薄膜MAPbI3）进行测量，收集相位信息；改变被测物位置，进行多次测量；然后，根据二次曝光相位相减的方法，利用MATLAB 程序分别对全息图的预处理、全息像的数值重建、重建物光波强度和相位分布的提取进行处理、比较，得到钙钛矿薄膜形貌结构情况。通过可加热式载体对钙钛矿薄膜加热到一定温度，然后对温度变化后的钙钛矿薄膜进行测量，利用MALAB程序处理分析，得到钙钛矿薄膜在温度改变情况下的稳定性情况。
实施例2
本实施例所述方法与实施例1相同，不同在于：物光O经反射镜Ⅰ6反射后，反射到钙钛矿薄膜玻璃基底表面，然后再经反射镜Ⅲ19反射后进入第三准直系统（小孔Ⅲ12、准直透镜Ⅲ13）准直；参考光R经反射镜Ⅱ18反射后，然后再经反射镜Ⅳ20反射后进入第二准直系统（小孔Ⅱ7、准直透镜Ⅱ8）准直，其余与透射型光路系统相同。
Claims (6)
1.一种基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）激光器（1）发出的光，经第一准直系统扩束准直后由分光棱镜（5）将平行光分为两束光，一束为物光，一束为参考光，物光经反射镜Ⅰ（6）反射到钙钛矿薄膜（11）上，钙钛矿薄膜涂布在玻璃基体上，放置在可加热式载体（10）中，物光经过钙钛矿薄膜反射或透射后，经第三准直系统准直后，穿过显微物镜Ⅱ（14）进入到合束棱镜（15）上；
（2）参考光经反射镜Ⅱ（18）反射后，经第二准直系统准直后，穿过与显微物镜Ⅱ（14）放大倍数完全相同的显微物镜Ⅰ（9）进入到合束棱镜（15）上；
（3）计算机（17）与CCD相机（16）的输出端口连接，通过调节合束棱镜（15），使物光波与参考光波以一定的夹角到达 CCD 相机（16）靶面进行离轴干涉并形成全息图；由计算机保存并处理全息图；通过改变物光透过被测物的位置，进行多次测量；将采集到的相位信息显示在电脑上；通过对室温与加热状态下所采集到的相位信息进行处理分析，得到钙钛矿薄膜的形貌结构情况与稳定性。
2.根据权利要求1所述基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于：包含两种类型的光路，透射型数字全息光路与反射型数字全息光路。
3.根据权利要求1所述基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于：第一准直系统包括物镜（2）、小孔Ⅰ（3）、准直透镜Ⅰ（4）；第二准直系统包括小孔Ⅱ（7）、准直透镜Ⅱ（8）；第三准直系统包括小孔Ⅲ（12）、准直透镜Ⅲ（13）。
4.根据权利要求1所述基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于：可加热式载体（10）为框状结构，包围在钙钛矿薄膜（11）周围，可对其进行定温加热。
5.根据权利要求4所述基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于：可加热式载体（10）分别与温控装置（21）和液晶显示屏（22）连接。
6.根据权利要求1所述基于数字全息术的钙钛矿薄膜形貌结构的检测方法，其特征在于：步骤（3）中相位信息进行处理分析的具体过程为：在CCD相机记录到物体变化全息图后，利用二次曝光的方法，将相位相减，对物体变化前后的全息图分别进行数值重建，得到相应物光波的复振幅分布；利用MATLAB 程序分别对全息图的预处理、全息像的数值重建、重建物光波强度和相位分布的提取进行处理；根据处理结果得到被测物体的形貌信息及改变温度后的变化情况。
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