TW202340702A - 用於多個來源激發拉曼光譜術之設備及方法 - Google Patents

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Abstract

一種光學計量裝置執行多波長偏振共焦拉曼光譜術(Raman spectroscopy)。該光學計量裝置使用一第一光源以產生具有一第一波長之一第一光束，並使用一第二光源以產生具有一第二波長之一第二光束。二色性分光器部分地反射該第一光束且傳輸該第二光束，以沿著入射在一樣本上之一相同光軸組合該等光束。該二色性分光器將回應於該第一光束及該第二光束而發射自該樣本之拉曼響應一起導引朝向至少一個光譜儀，且將該第一光束導引遠離該至少一個光譜儀。一截波器可用以隔離由該至少一個光譜儀所接收且光譜地測量的對於該第一光束及該第二光束之該拉曼響應。

Description

用於多個來源激發拉曼光譜術之設備及方法
本文中所述之請求標的實施例係大致上關於樣本之非破壞性測量，且更特定言之係關於使用光學計量來特徵化樣本。
半導體及其他類似產業經常在處理期間使用光學計量設備以提供基材之非接觸式評估。使用光學計量，例如在單一波長或多個波長下用光照明受測試樣本。在與樣本交互作用之後，檢測並分析所得光以判定樣本之所欲特性。
可用以特徵化材料之組成和相位以及半導體裝置結構中之應力的一種類型的光學計量係拉曼光譜術(Raman spectroscopy)。拉曼儀器依賴光源之使用，諸如雷射，其係聚焦在樣本上以產生拉曼散射響應，其係藉助於光譜儀來收集且接著測量。拉曼光譜術涉及激發光與相關鍵之振動狀態的交互作用，用以產生拉曼散射響應。自發螢光係材料特有的，且因此，為了針對不同材料產生準確的測量，有時使用不同的激發頻率。使用多個激發頻率之習知的拉曼儀器通常需要利用不同激發頻率的測量之間的重組態，例如，以切換用於過濾從光譜輸入至光譜儀之不同激發源的濾波器，導致低通量。可改善使用拉曼光譜術之光學計量裝置。
一種光學計量裝置執行多波長偏振共焦拉曼光譜術。該光學計量裝置使用一第一光源以產生具有一第一波長之一第一光束，並使用一第二光源以產生具有一第二波長之一第二光束。二色性分光器部分地反射該第一光束且傳輸該第二光束，以沿著入射在一樣本上之一相同光軸組合該等光束。該二色性分光器將回應於該第一光束及該第二光束而發射自該樣本之拉曼響應一起導引朝向至少一個光譜儀，且將該第一光束導引遠離該至少一個光譜儀。一截波器可用以隔離由該至少一個光譜儀所接收且光譜地測量的對於該第一光束及該第二光束之該拉曼響應。
在一個實施方案中，一種用於拉曼光譜術之光學計量裝置可包括產生具有一第一波長之一第一光束的第一光源、及產生具有一第二波長之一第二光束的一第二光源。一第一二色性分光器部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長，導致該第一光束及該第二光束沿著入射在一樣本上之一相同光軸傳播。該第一二色性分光器接收回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束。該第一二色性分光器導引反射自該樣本之該第二光束，該第一二色性分光器將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起，而無反射自該樣本之該第一光束，導引朝向至少一個光譜儀。至少一個光譜儀自該第一二色性分光器接收發射自該樣本之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應。
在一個實施方案中，一種拉曼光譜術之方法包括以一第一光源產生具有一第一波長之一第一光束，且以一第二光源產生具有一第二波長之一第二光束。該方法可進一步包括以一第一二色性分光器部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長，以沿著入射在一樣本上之一相同光軸傳播該第一光束及該第二光束。該方法可進一步包括以該第一二色性分光器接收回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束。該方法可進一步包括以該第一二色性分光器將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起，而無反射自該樣本之該第一光束，導引朝向至少一個光譜儀。該方法可進一步包括以至少一個光譜儀自該第一二色性分光器接收發射自該樣本之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應。
在一個實施方案中，一種用於拉曼光譜術之光學計量裝置可包括用於產生具有一第一波長之一第一光束的一構件及用於產生具有一第二波長之一第二光束的一構件。該光學計量裝置可進一步包括用於以下之一構件：部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長以沿著入射在一樣本上之一相同光軸傳播該第一光束及該第二光束；並接收回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束；及一起導引該第一拉曼響應及該第二拉曼響應，而無反射自該樣本之該第一光束，以被光譜地測量。該光學計量裝置可進一步包括用於光譜地測量來自該第一二色性分光器之發射自該樣本的該第一拉曼響應及該第二拉曼響應的一構件。
在半導體及類似裝置製造期間，有時需要藉由非破壞性地測量該裝置來監測製造程序。光學計量有時用於處理期間樣本的非接觸評估而採用。
可用以特徵化材料之組成和相位以及半導體裝置結構中之應力的一種類型的光學計量係拉曼光譜術。拉曼光譜術係與傅立葉轉換(Fourier Transform)紅外線(FTIR)光譜術互補。FTIR及拉曼兩者均涉及光與相關鍵之振動狀態的交互作用。FTIR係線性程序，且藉由振動鍵來偵測光之吸收，其中若有偶極矩之改變則一特定鍵係現用（IR現用）。另一方面，拉曼係非線性程序以及藉由振動鍵之光的散射之結果，其中若有偏振性之改變則一特定鍵係現用（拉曼現用）。許多鍵係IR及拉曼兩者現用，但一些鍵僅針對其中一者或另一者係現用，而因此係拉曼技術與FTIR技術之互補性質。
然而，由於其不同的線性及非線性性質，在拉曼光譜術與FTIR光譜術之間有顯著差異。拉曼中之非線性意味著聚焦雷射束在接近焦點處將具有最強的拉曼信號，其允許樣本之高度局部化體積的分析，其中習知FTIR對於經照射區域之整體係敏感的。改變拉曼激發之波長及其在共焦光學幾何之使用允許測量體積之進一步特異性。
習知的拉曼儀器依賴聚焦至樣本上之一或多個雷射源的使用，以產生拉曼散射響應，其係藉助於光譜儀來收集且接著測量。使用針對特定雷射源而調整的一組濾波器以移除從光譜輸入至光譜儀之激發源。在有多個激發源可用的情況下，當激發源有改變時，通常使用濾波器之對應改變，例如，藉助於濾波器輪機構，以移除電流激發源之特定頻率。因此，當改變激發源時，拉曼儀器通常需要光學組態之機械變更，例如，藉由實體地移動一或多個組件，以適當地過濾從光譜輸入至光譜儀之激發頻率，從而降低通量。
如本文中所述，光學計量裝置可執行多波長偏振共焦光譜術，而不需要光學系統之重組態以自拉曼響應過濾激發波長。因此，相較於習知的拉曼裝置，光學計量裝置利用增加的通量、及簡化的實施方案和操作來啟用多波長拉曼光譜術。光學計量裝置可採用多波長偏振共焦拉曼光譜術，例如，使用具有不同激發波長之多個光源，其產生來自具有不同（非重疊）波長範圍之樣本的拉曼響應。光學計量裝置採用一或多個二色性分光器以組合激發光束且自拉曼響應過濾激發光束。此外，可使用一或多個二色性分光器以分離拉曼響應，其可提供至分離的光譜儀。舉例而言，二色性分光器可配置以將第一激發光束及第二激發光束導引朝向樣本，且將針對第一激發光束及第二激發光束之拉曼響應導引朝向一或多個光譜儀，而同時分離至少第一激發光束。可使用第二二色性分光器以分離第二激發光束。可使用第三二色性分光器以分離拉曼響應。
此外，可使用，例如，截波器以進一步隔離拉曼響應，該截波器配置以傳輸一個激發光束，而同時阻擋其他激發光束。用以光譜地測量拉曼響應之光譜儀可基於用以進一步隔離拉曼響應之截波器的定向來觸發。
圖1繪示採用拉曼光譜術之光學計量裝置100的示意圖。
光學計量裝置100包括光源112，諸如雷射，其產生各別地藉由透鏡116及透鏡118而擴展且準直之光束114。光束114包括激發頻率，其以相對粗的箭頭115繪示。光束114係以偏振器120偏振且由分光器122接收。分光器122將光導引朝向物鏡124，其將光聚焦至固持在台座127上之樣本126上。
入射在樣本126上之光係由樣本126反射且反向散射成為響應束128，其係由物鏡124及分光器122接收。光束114中之激發頻率與樣本126中的鍵之振動狀態的交互作用產生拉曼散射響應，以產生反向散射光。響應束128中之反向散射光具有與激發頻率不同的頻率，且係繪示為相對細的箭頭129。分光器122將響應束128（包括反射光及反向散射光）導引至光譜儀150。
激發頻率經常係大於拉曼散射響應之量值級。因此，邊緣通（或陷波）濾波器130（例如，瑞利斥拒濾波器(Rayleigh rejection filter)）係用以接收響應束128且移除光束114之激發頻率，使得經導引至光譜儀150之響應束128僅包括反向散射光129，而無反射光束114之激發頻率。光學計量裝置100係繪示為包括共焦針孔132、連同透鏡134、136、及138、以及在分光器122與光譜儀150之間的折鏡140。此外，響應束128通過在光譜儀150之前的分析器142。
舉實例而言，可從半古典觀點來描述拉曼光譜儀測量，其中電偶極矩 P 係由入射電場 E 感應為： 方程式1 其中χ可定義為： 方程式2 其中 方程式3 電偶極矩 P 可寫為： 方程式4 在上述方程式中，ω i 代表瑞利(Rayleigh)散射（非彈性），ω i+ ω j 代表反斯托克斯(anti-Stokes)散射（非彈性），而ω i- ω j 代表斯托克斯(Stokes)散射（非彈性）。散射效率I可表示為： 方程式5 其中 e i 係入射偏振向量， e s 係該散射偏振向量，而 R係拉曼張量（群組對稱）。
圖1中所繪示之光學計量裝置100可使用，例如，雷射或其他窄帶光源作為光源112以產生具有窄帶激發波長之光束114。在一些實施方案中，可使用多個雷射源以產生多個激發束。在此類實施方案中，必須將特定調整的濾波器130引入至響應束之束路徑中以過濾激發頻率。因此，激發源之改變係藉由改變瑞利斥拒濾波器來調適，例如，藉助於濾波器輪機構，以自其經輸入至光譜儀150之光譜適當地過濾激發頻率。
圖2繪示採用多波長偏振共焦拉曼光譜術之光學計量裝置200的示意圖。光學計量裝置200，例如，採用多個激發源而不需要移動元件以自拉曼散射響應過濾激發頻率。在圖2中所提供之實例中，提供兩個激發源以用於雙波長偏振共焦光譜術，但應理解，若需要，可透過本揭露之延伸而使用多於兩個激發源。
光學計量裝置200包括第一光源210及第二光源220，其各別地產生具有不同波長的光束212及光束222。第一光源210及第二光源220，例如，可係兩個相異的激發源，例如，產生紫外UV光之第一光源210及產生紅外線(IR)或近IR光之第二光源220。舉例而言，第一光源210可係雷射、發光二極體(LED)或其他窄帶光源，其產生具有325 nm之波長的光；且第二光源220可係雷射、LED或其他窄帶光源，其產生具有785 nm之波長的光。如圖2中所示，由第一光源210所產生之光束212具有第一波長213（由相對粗的黑箭頭所繪示），而由第二光源220所產生之第二光束222具有第二波長223（由相對粗的灰色箭頭所繪示），其不同於第一波長213。光束212可藉由偏振器214來偏振，而光束222可藉由偏振器224來偏振。光束212及光束222可係線性地偏振。若需要，可包括額外的光學組件以旋轉偏振定向，諸如旋轉半波板。
如所繪示，第一二色性分光器216將具有第一波長213之光束212導引朝向樣本230。舉例而言，如圖2中所示，第一二色性分光器216可將第一波長213反射朝向樣本230。第二二色性分光器226將具有第二波長223之光束222導引朝向樣本230及第一二色性分光器216。舉例而言，如圖2中所示，第二二色性分光器226可將具有第二波長226之光反射朝向樣本230及第一二色性分光器216。第一二色性分光器216接收光束222且將光束222導引朝向樣本230。舉例而言，第一二色性分光器216可將具有第二波長223之光傳輸朝向樣本。光束212及光束222係因此由沿著相同光軸之第一二色性分光器216組合且導引至樣本230。
物鏡232將經組合的光束212及光束222聚焦至樣本230上。固持樣本230之台座234可配置以將樣本230移動至所欲測量位置（及焦點位置）。例如，台座234可包括由控制器280所控制之致動器，以基於來自控制器280之信號而移動樣本230以將樣本230定位在所欲測量位置處。台座230，例如，可能夠進行在任一笛卡兒（亦即，X及Y）座標、或極（亦即，R及θ）座標或兩者之一些組合中的水平移動。台座230亦可能夠進行沿著Z座標之垂直移動。若台座系統係R及θ組態，則由偏振器214及224所產生之偏振可能需要連結至樣本230之旋轉，其取決於樣本類型。在一些實施方案中，光學系統之一或多個組件可相對於台座234及樣本230而移動，以相對於樣本230而將光學系統定位在所欲測量位置處。
入射在樣本230上之光係反射自樣本，且因此具有波長213及223之光係反射自樣本230，如各別地由黑色及灰色雙箭頭所繪示。此外，光束212及光束222產生自樣本發射之拉曼響應，例如，作為具有與激發波長稍微不同的波長之反向散射光。因此，樣本230回應於具有第一波長213之光束212而發射反向散射光215，如由相對細的黑色箭頭215所繪示，其具有與光束212之激發頻率不同的波長。類似地，樣本230回應於具有第二波長223之光束222而發射反向散射光225，如由相對細的灰色箭頭225所繪示，其具有與光束222之激發頻率不同的波長。物鏡232接收具有波長213和223之反射光及反向散射光215和225，其經導引至第一二色性分光器216。
第一二色性分光器216接收具有波長213和223之反射光及反向散射光215和225，且配置以防止第一波長213通過（例如，藉由反射第一波長213，如圖2中所繪示），但通過（例如，傳輸，如圖2中所繪示）具有第二波長223之光、以及反向散射光215和225。
第二二色性分光器226可接收具有第二波長223之光及反向散射光215和225，且可配置以防止第二波長223通過（例如，藉由反射第二波長223如圖2中所繪示），但可通過（例如，傳輸如圖2中所繪示）反向散射光225及可選地反向散射光215。
反向散射光215及225可通過分析器240，且可由光譜地測量拉曼響應之第一光譜儀250所接收。如所繪示，透鏡242可將反向散射光215及225聚焦在光譜儀250之入口狹縫251上。光譜儀250係繪示為包括聚焦鏡252及256、繞射光柵254、及偵測器258，諸如CCD攝影機。
在一些實施方案中，如以虛線所繪示，第二光譜儀270可用以接收反向散射光215，而第一光譜儀250接收反向散射光225。舉例而言，第三二色性分光器236可位於二色性分光器216與226之間。第三二色性分光器236可接收具有第二波長223之光及反向散射光215和225，且可配置以將反向散射光215自反向散射光225及具有第二波長223之光分離。舉例而言，如圖2中所繪示，可選的第三二色性分光器236可配置以將反向散射光215反射朝向第二光譜儀270且將反向散射光225傳輸朝向第二二色性光分光器226，而同時將具有第二波長223之光，例如，自第二二色性分光器226傳輸朝向樣本230且自樣本230傳輸至第二二色性分光器226。在本實施方案中，其中係使用第三二色性分光器236，第二二色性分光器226僅將反向散射光225傳輸朝向第一光譜儀250。使用第三二色性分光器236，反向散射光215可在由第二光譜儀270所接收之前通過第二分析器260。透鏡262可將反向散射光215聚焦在第二光譜儀270之入口狹縫271上。類似於光譜儀250，第二光譜儀270可包括聚焦鏡272和276、繞射光柵274、及偵測器278，諸如CCD攝影機。
使用第二光譜儀270，各別地在第一光譜儀250及第二光譜儀270中之各繞射光柵254及274可特定地組態用於經接收反向散射光225及215之特定波長範圍，例如，具有用以各別地最大化跨越偵測器258及278之光譜展開的光譜分散。
應理解，一或多個額外組件可包括在光學計量裝置200中。舉例而言，可使用一或多個共焦針孔、連同隨附透鏡、以及折鏡等，如圖1中所繪示。
在一些實施方案中，第一二色性分光器216、第二二色性分光器226、可選的第三二色性分光器236之一或多者、或其任何組合可各以分光器（例如，半鏡像分光器）與濾波器之組合來置換，該濾波器係，例如，瑞利斥拒濾波器、邊緣通濾波器、或陷波濾波器，其係定位在分光器之後（亦即，更接近於光譜儀250）且經調整以通過所欲波長並過濾其他波長。舉例而言，第一二色性分光器216可經取代以分光器及濾波器，該濾波器係通過反向散射光215和225及第二波長223、但過濾第一波長213（例如，該濾波器可係邊緣濾波器）。在一些實施方案中，置換第一二色性分光器216之二色性濾波器亦可過濾第二波長223，例如，該濾波器可係陷波濾波器或多個陷波濾波器。第三二色性分光器236（若存在）可經取代以一分光器及可選地以介於該分光器與第二光譜儀270之間的一濾波器，該濾波器係過濾反向散射光225且通過反向散射光215。第二二色性分光器226可經取代以一分光器及一濾波器，該濾波器係過濾第二波長223（以及若先前未經過濾之第一波長213）但通過反向散射光225（若使用第二光譜儀270），或者該濾波器通過反向散射光215及225兩者（若未使用第二光譜儀270）。然而，一般而言，拉曼效率係弱的，例如，大約1/λ 4，而因此，使用一或多個半鏡像分光器及瑞利斥拒濾波器來置換一或多個二色性分光器216、226、或236將衰減響應信號且可能增加信號雜訊比，並使拉曼散射響應之準確測量變得困難。
光譜儀250及光譜儀270（若使用）、以及光學計量裝置200之其他組件，諸如光源210和220、偏振器214和224、分析器240和260（若使用）、及台座234，可耦接至至少一個控制器280，諸如工作站、個人電腦、中央處理單元或其他適當的電腦系統、或多個系統。應理解，控制器280包括一或多個處理單元282，其可係分離的或連結的處理器，且控制器280可在本文中稱為處理器280、至少一個處理器280、一或多個處理器280等。控制器280係較佳地包括在、或連接至、或以其他方式關連與光學計量裝置200中。控制器280，例如，可控制樣本230之定位，例如，藉由控制在其上固持樣本230之台座234的移動。控制器280可進一步控制用以固保持或釋放樣本230之台座234上的夾盤之操作。控制器280亦可收集且分析自光譜儀250及270（若使用）所獲得之資料。控制器280可分析該資料以，例如，基於如上文所討論之拉曼散射來判定樣本之一或多個物理特性，針對所採用的多個激發波長。在一些實施方案中，可獲得經測量資料並與經模型化資料進行比較，該經模型化資料可儲存在庫中或即時地獲得。模型之參數可有所變化，且例如在線性迴歸程序中比較經模型化資料與經測量資料，直到達成介於經模型化資料與經測量資料之間的良好擬合，在此時，經模型化參數被判定樣本230之特性。
控制器280包括至少一個處理單元282及記憶體284、以及包括例如一顯示器286及輸入裝置288的一使用者介面。使電腦可讀的程式碼體現的非暫時性電腦可使用之儲存媒體289可由至少一個處理器282使用，用於引起該至少一個處理器282控制光學計量裝置200，及執行本文所述之測量功能及分析。用於自動實施本實施方式中所描述之一或多個動作的資料結構及軟體碼可由所屬技術領域中具有通常知識者按照本揭露予以實作，並儲存在例如一電腦可使用之儲存媒體289上，該儲存媒體可係可儲存碼及/或資料以供電腦系統（諸如處理單元282）使用的任何裝置或媒體。電腦可使用之儲存媒體289可係但不限於隨身碟、磁性及光學儲存裝置，諸如磁碟機、磁帶、光碟、及DVD（數位多功能光碟或數位視訊光碟）。通訊埠287亦可用以接收可儲存在記憶體284上且用以程式化處理器282之指令，以執行本文所述之功能之任何一或多者，且可表示諸如至網際網路或任何其他電腦網路之任何類型的通訊連接。通訊埠287可進一步在前饋或反饋程序中匯出信號（例如具有測量結果及/或指令）至另一系統（諸如外部處理工具），以基於該等測量結果來調整與樣本之製造程序步驟相關聯的一程序參數。此外，本文所述之功能可整體或部分地體現於特定應用積體電路(application specific integrated circuit, ASIC)或可程式化邏輯裝置(programmable logic device, PLD)之電路系統內，且該等功能可以電腦可理解之描述符語言予以體現，該電腦可理解之描述符語言可用來建立如本文所述般操作的ASIC或PLD。來自資料分析之結果可儲存，例如，在與樣本相關聯及/或提供至使用者（例如，經由顯示器286、警報、資料集或其他輸出裝置）的記憶體284中。此外，可將來自該分析之結果回饋至製程設備，以調整適當的圖案化步驟來補償在處理中之任何偵測到的變異。
如上文所提及，拉曼效率係相對弱的，大約1/λ 4。此外，常見的測量材料之自發螢光在某些波長中可係相對高的。
圖3，舉實例而言，係一圖表300，其繪示可由光源（以箭頭繪示）使用的各種波長，以及可回應於激發波長而由各種材料產生之自發螢光302的代表性圖示。自發螢光及拉曼散射係類似的程序，因為兩者均涉及光與相關鍵之振動狀態的交互作用。自發螢光，諸如在FTIR中所使用者，係線性程序，且藉由振動鍵來偵測光之吸收，其中若有偶極矩之改變則一特定鍵係現用（IR現用）。另一方面，拉曼係非線性程序以及藉由振動鍵之光的散射之結果，且若有偏振性之改變則係現用（拉曼現用）。許多鍵係IR及拉曼兩者均現用，但一些鍵僅其中的一者或另一者係現用，而因此係此等兩個技術之互補性質。
一般而言，自發螢光係材料特定的，其中一些材料化其他材料螢光更多。舉例而言，銅具有極強的螢光響應，其可遮蔽較弱的拉曼標記。在另一實例中，矽具有強拉曼響應，其可使得難以測量來自介電質之較弱的拉曼標記。有時，介電材料可沉積在不透明金屬上以隔離介電質響應，其需要使用正確的金屬及激發波長以避免測量金屬之螢光。由於自發螢光與拉曼程序之類似性，具有相對弱的拉曼效率及相對強的自發螢光響應，所以光學計量裝置200中之多個光源的波長應被審慎地選擇。舉例而言，用於該等光源之兩個波長體系可由於以下來選擇：(1)兩波長區域中之螢光的弱點、(2)高拉曼效率（例如，朝向紫外線(UV)）、(3)較大的光譜範圍（例如，允許較高解析度測量之近紅外線(IR)）、(4)給定材料中之相異吸收長度、及(5)拉曼信號將被光譜地分離。以下的表1，舉實例而言，說明各種激發源之比較表（波長）。
         拉曼偏移範圍 拉曼偏移範圍   
雷射λ (nm) 拉曼效率* 雷射k (cm -1) 最小(cm -1) 最大(cm -1) 最小(nm) 最大(nm) 範圍
325 7.18 30769 400 4000 329 374 44
355 5.04 28169 400 4000 360 414 54
404 3.01 24752 400 4000 411 482 71
488 1.41 20492 400 4000 498 606 109
532 1.00 18797 400 4000 544 676 132
785 0.21 12739 400 4000 810 1144 334
1065 0.06 9390 400 4000 1112 1855 743
*相對於在532 nm處之激發而定標 表1
基於上述標準及比較表，可選擇各種相異的激發源。在一個實例中，一對激發源具有波長325 nm及785 nm，雖然可選擇其他激發源對。如表1所示，利用325 nm之激發源，自400 cm -1至4000 cm -1之拉曼光譜將落入329 nm至374 nm之範圍中；而利用785 nm之激發源，自400 cm -1至4000 cm -1之拉曼光譜將落入自810 nm至1144 nm之範圍中，且因此，利用此等激發源，拉曼信號將被光譜地分離。利用激發源對之此一選擇或其他選擇，得以設計能夠在此等兩個激發下操作而不妥協能力的光學系統。
在一些實施方案中，採用雙波長偏振共焦拉曼光譜術之光學計量裝置可包括一或多個額外組件以協助隔離拉曼響應信號。舉例而言，多個光譜儀可配合光譜儀內之光柵來使用，其中分散係針對所接收之拉曼響應的波長範圍來調整。此外，可採用線濾波器（諸如長通濾波器）以隔離拉曼信號。可進一步使用機械或電光學截波器以隔離兩個信號。舉例而言，在聚焦在樣本上之前，兩個經準直激發源可經帶入至彼此平行地傳播之相同平面中，且可撞擊在其葉片係反對稱（亦即，葉片在一側上開放且在另一側上閉合）之旋轉截波器的相對側上。光譜儀可基於旋轉截波器之位置來觸發。
圖4，舉實例而言，繪示採用具有拉曼響應信號之隔離的多波長偏振共焦拉曼光譜術之光學計量裝置400的更詳細示意圖。光學計量裝置400，其係類似於光學計量裝置200，如上文索討論，採用多個激發源而不需要移動元件以自拉曼散射響應過濾激發頻率。在圖4中所提供之實例中，提供兩個激發源以用於雙波長偏振共焦光譜術，但應理解，若需要，可透過本揭露之延伸而使用多於兩個激發源。
如所繪示，第一光源402產生第一束403，其經擴展、由鏡404（例如，離軸拋物面鏡）所繪示、且通過第一線濾波器406。第一光源402，例如，可係雷射或LED或其他窄帶光源，其產生具有325 nm之波長的光。第一線濾波器406係用以精細地控制來自第一光源402之激發束的波長。第一束403通過第一偏振器408、截波器410、及第一偏振旋轉元件412，諸如半波板，在由第一二色性分光器414接收之前。來自光源402之束的輸入偏振可係線性的，且可藉助於可旋轉半波板412來控制。
第二光源422產生第二束423，其經擴展、由鏡424（例如，離軸拋物面鏡）所繪示、且通過第二線濾波器426，其係用以精細地控制來自第二光源422之激發束的波長。第二光源422，例如，可係雷射或LED或其他窄帶光源，其產生具有785 nm之波長的光。第二束423通過第二偏振器428、截波器410、及第二偏振旋轉元件430，諸如半波板。來自光源422之IR束的輸入偏振可係線性的，且可藉助於可旋轉半波板430來控制。截波器410可係旋轉截波器、或電控開關或快門，其配置使得當來自第一光源402之第一束403通過時，來自第二光源422之第二束423被阻擋；且反之亦然，當來自第一光源402之第一束403被阻擋時，來自第二光源422之第二數423通過。圖4繪示其第二束423可利用一或多個鏡432及434來重導向，在由第二二色性分光器436所接收之前。
第二二色性分光器436配置以將具有第二束423之波長的光導引（例如，在圖4中所繪示之實例中反射）朝向第一二色性分光器414。第二束423係由第三二色性分光器438所接收，該第三二色性分光器配置以將具有第二束423之波長的光導引（例如，在圖4中所繪示之實例中傳輸）朝向第一二色性分光器414。
第二束423係由第一二色性分光器414所接收。第一二色性分光器414配置以將具有第一束403之波長的光導引（例如，在圖4中所繪示之實例中反射）朝向物鏡440且將具有第二束423之波長的光導引（例如，在圖4中所繪示之實例中傳輸）朝向物鏡440，使得第一束403及第二束423沿著相同光軸朝向物鏡440傳播。物鏡440將第一束403及第二束423聚焦在樣本442上。物鏡440可係折射或反射(Schwarzschild)透鏡。折射物鏡可允許較大的數值孔徑（至多0.9）及在純反向散射模式中之操作，但在兩個極端光譜區域（例如，UV及IR）中最佳化操作可能難以達成。反射物鏡可係更光譜無關的，但將具有有限的數值孔徑(＜0.7)，且直接反向散射的射線可由於遮蔽而不可得。
來自入射在樣本442上之第一束403及第二束423的光係反射自樣本，且第一束403及第二束423之激發頻率產生拉曼散射響應，其係由物鏡440所接收並經導引朝向第一二色性分光器414。回應於第一束403及第二束423而產生的拉曼散射響應係各別地繪示為相對更細的束405及425，其係沿著相同光軸傳播為第一束403及第二束423。舉實例而言，如表1中所繪示，例如，若第一束403具有325 nm之波長，則樣本可產生其可落入自329 nm至374 nm之範圍內的拉曼光譜，而若第二束423具有785 nm之波長，則樣本可產生其可落入自810 nm至1144 nm之範圍內的拉曼光譜。由第一束403之UV激發頻率所產生的拉曼光譜可有時在本文中稱為UV輸出405，且由第二束423之IR激發頻率所產生的拉曼光譜可有時在本文中稱為IR輸出425。然而，應理解，光學計量裝置400不限於使用UV及IR激發波長，而可使用可適於受測樣本之材料的其他波長；且輸出之波長將據此改變（如表1中所繪示）。
第一二色性分光器414配置以將經反射第一束403之波長導引回朝向第一光源402（例如，在圖4中所繪示之實例中反射），且配置以將UV輸出405及IR輸出425以及經反射第二束423之波長導引朝向光譜儀460及476（例如，在圖4中所繪示之實例中傳輸）。
第三二色性分光器438配置以將UV輸出405與IR輸出425分離。舉例而言，第三二色性分光器438可配置以將UV輸出405反射朝向第一光譜儀460，且將IR輸出425（及經反射第二束423）傳輸朝向第二光譜儀476。
由第三二色性分光器438所導引朝向第一光譜儀460之UV輸出405可通過第一濾波器444（例如，長通濾波器）、第一分析器448、及針孔452。一或多個光學元件，諸如鏡446、450、454、456及458，可額外地包括在通至第一光譜儀460之光學路徑中。
IR輸出425及經反射第二束423可由第二二色性分光器436所接收，其配置以將經反射第二束423之波長導引回朝向第二光源422（例如，在圖4中所繪示之實例中反射），且配置以將IR輸出425導引朝向第二光譜儀476（例如，在圖4中所繪示之實例中傳輸）。
由第二二色性分光器436所導引朝向第二光譜儀476之IR輸出425可通過第二濾波器462（例如，長通濾波器）、第二分析器464、及針孔468。一或多個光學元件，諸如鏡466、470、472及474，可額外地包括在通至第二光譜儀476之光學路徑中。第一光譜儀460及第二光譜儀476可耦接至控制器，諸如在圖2中所討論之控制器280。
如所繪示，截波器410可產生一觸發信號，例如，基於允許哪個光束403或423通過。舉例而言，針對旋轉截波器410，觸發信號可基於旋轉截波器410之位置；或針對電子開關，觸發信號可基於電子開關之電控制。觸發信號係由第一光譜儀460及第二光譜儀476所接收，該等光譜儀可基於觸發信號來觸發以獲得測量。因此，當UV束經傳輸且IR束由截波器410所阻擋時，第一光譜儀460可經觸發以擷取拉曼光譜資料，且第二光譜儀476可經控制以不擷取資料。同樣地，當IR束經傳輸且UV束由截波器410所阻擋時，第二光譜儀476可經觸發以擷取拉曼光譜資料，且第一光譜儀460可經控制以不擷取資料。
因此，利用光學計量裝置400，拉曼響應之光譜分離藉由以下來達成：經由第一二色性分光器414以將UV束（來自光源402）注入更接近於物鏡440且經由第二二色性分光器436以將IR束（來自光源422）注入在上游更遠處。光學計量裝置400之光學系統係共焦的。物鏡440可經無限校正，意指需要由一匹配對聚焦元件所分離的針孔（例如，藉由用於UV輸出405之針孔452及鏡450和454、以及藉由用於IR輸出425之針孔468及鏡466和470來說明）。若物鏡440具有一有限的背焦平面距離，則可使用單一針孔。在後者情況中，可妥協針孔尺寸；而在前者中，可使用光譜最佳尺寸。
分析器448及464可係可旋轉的，以允許拉曼光譜之S組件及P組件兩者的測量，其可針對經圖案化結構或其他各向異性光學樣本而變化。若波板412及/或430係利用偏振器408和分析器448及/或偏振器428和分析器464（交叉）而連續地旋轉，則可在操作之偏振調變模式中收集拉曼信號。此情況中之拉曼資料的特性將係橢圓偏振的，且可允許較大的雜訊斥拒。
光學計量裝置400可與FTIR光學系統合併，以允許拉曼資料與FTIR資料之同時測量。
圖5A及圖5B係在圖4中所示之旋轉截波器410的形式之截波器410的實施例之示意圖。如所繪示，旋轉截波器410可包括數個開放區段502。圖5繪示對應的阻擋區段504，但應理解，阻擋區段不需要個別地標記在截波器410上。圖5繪示具有灰點之UV束506及具有灰點之IR束508。如可見，當UV束506在開放區段502上且因此由旋轉截波器410所傳輸時，IR束508係由旋轉截波器410所阻擋。圖5B繪示旋轉至各種定向之旋轉截波器410，說明UV束506係在0°、45°、90°、及315°之定向傳輸，而IR束508係在135°、180°、225°、及270°之定向傳輸。
圖6係繪示光學計量裝置（諸如用以執行拉曼光譜術之光學計量裝置200或400）的操作之方法的流程圖600。
如由方塊602所繪示，光學計量裝置產生具有第一波長之第一光束。舉例而言，用於藉由光學計量裝置來產生具有第一波長之第一光束的構件可係光源210或402，如各別地在圖2及圖4中所繪示。產生具有第一波長之第一光束的光源，例如，可係窄帶光源，諸如雷射、發光二極體(LED)等。第一光束之第一波長可係例如325 nm、355 nm、404 nm之例如紫外線(UV)或近UV；或在一些實施方案中，可係例如785 nm或1065 nm之紅外線(IR)或近IR。若需要，其他波長可用於第一光束。
在方塊604，光學計量裝置利用第二光源以產生具有第二波長之第二光束。舉例而言，用於藉由光學計量裝置來產生具有第二波長之第二光束的構件可係光源220或422，如各別地在圖2及圖4中所繪示。產生具有第一波長之第二光束的光源，例如，可係窄帶光源，諸如雷射、發光二極體(LED)等。第二光束之第二波長不同於第一波長，例如，由樣本回應於第一光束及第二光束而產生的拉曼信號將被光譜地分離。舉例而言，若第一光束之第一波長係UV或近UV，則第二光束之第二波長可係，例如，785 nm或1065 nm之IR或近IR；或者在一些實施方案中，若第一光束之第一波長係IR或近IR，則第二光束之第二波長可係，例如，325 nm、355 nm、404 nm之UV或近UV。若需要，其他波長可用於第二光束。
在方塊606，光學計量裝置部分地反射第一波長且傳輸第二波長以沿著入射在樣本上之相同光軸傳播第一光束及第二光束。舉例而言，用於部分地反射第一波長且傳輸第二波長以沿著入射在樣本上之相同光軸傳播第一光束及第二光束的構件可係第一二色性分光器216或414，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於利用第一二色性分光器來部分地反射第一波長且傳輸第二波長以沿著入射在樣本上之相同光軸傳播第一光束及第二光束的構件可係與二色性濾波器組合之分光器，如參考圖2所討論。
在方塊608，該光學計量裝置反射回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束。舉例而言，用於反射回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應的一構件可係第一二色性分光器216或414，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於反射回應於該第一光束而發射自該樣本之一第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之一第二拉曼響應的構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。
在方塊610，光學計量裝置將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起，而無反射自該樣本之該第一光束，導引朝向至少一個光譜儀。舉例而言，用於將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起，而無反射自該樣本之該第一光束，導引以被光譜地測量之一構件可係第一二色性分光器216或414，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起，而無反射自該樣本之該第一光束導引，以被光譜地測量之該構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。
在方塊612，光學計量裝置自該第一二色性分光器接收發射自樣本之第一拉曼響應及第二拉曼響應，以用於光譜地測量。舉例而言，用於光譜地測量來自第一二色性分光器之發射自樣本之第一拉曼響應及第二拉曼響應的一機構可係至少一個光譜儀，諸如圖2中所繪示之光譜儀250或圖2中所繪示之光譜儀250及270或圖4中所繪示之光譜儀460及476。在一個實施方案中，至少一個光譜儀可係第一光譜儀及第二光譜儀，諸如圖2中所繪示之光譜儀250及270或圖4中所繪示之光譜儀460及476。
在一個實施方案中，藉由第一二色性分光器，將反射自樣本之第二光束一起連同第一拉曼響應、及第二拉曼響應導引朝向至少一個光譜儀。光學計量裝置可將來自第二光源之第二光束導引朝向第一二色性分光器。用於將來自第二光源之第二光束導引朝向第一二色性分光器的一構件可係，例如，第二二色性分光器226或436，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將來自第二光源之第二光束導引朝向第一二色性分光器的該構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。光學計量裝置可進一步將至少第二拉曼響應，而無反射自樣本之第二光束，導引朝向至少一個光譜儀。用於將至少第二拉曼響應，而無反射自樣本之第二光束，導引朝向至少一個光譜儀之一構件可係，例如，例如，第二二色性分光器226或436，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將至少第二拉曼響應，而無反射自樣本之第二光束，導引朝向至少一個光譜儀之一構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。
在一個實施方案中，光學計量裝置可光譜地測量回應於第一光束而發射自樣本之第一拉曼響應，且可光譜地測量回應於第二光束而發射自樣本之第二拉曼響應。舉例而言，用於光譜地測量回應於第一光束而發射自樣本之第一拉曼響應的一構件可係，例如，在圖2及圖4中所繪示之光譜儀270或光譜儀460，且用於光譜地測量回應於第二光束而發射自樣本之第二拉曼響應的一構件可係，例如，在圖2及圖4中所繪示之光譜儀250或光譜儀476。光學計量裝置可進一步將來自第二二色性分光器之第二光束導引朝向第一二色性分光器。用於將來自第二二色性分光器之第二光束導引朝向第一二色性分光器的一構件可係，例如，第三二色性分光器236或438，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將來自第二二色性分光器之第二光束導引朝向第一二色性分光器的該構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。光學計量裝置可將第一拉曼響應導引朝向第一光譜儀。用於將第一拉曼響應導引朝向第一光譜儀之一構件可係，例如，第三二色性分光器236或438，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將第一拉曼響應導引朝向第一光譜儀之該構件可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。光學計量裝置可將反射自樣本之第二光束及第二拉曼響應一起導引朝向第二二色性分光器，其中第二二色性分光器將第二拉曼響應，而無反射自樣本之第二光束，導引朝向第二光譜儀。舉例而言，用於將反射自樣本之第二光束及第二拉曼響應一起導引朝向第二二色性分光器的一構件，其中第二二色性分光器導引第二拉曼響應而無反射自樣本之第二光束，可係，例如，第三二色性分光器236或438，如各別地在圖2及圖4中所繪示。在一些實施方案中，用於將反射自樣本之第二光束及第二拉曼響應一起導引朝向第二二色性分光器的該構件，其中第二二色性分光器導引第二拉曼響應而無反射自樣本之第二光束，可係與二色性濾波器組合之非二色性分光器，如參考圖2所討論。
在一些實施方案中，該第一光譜儀可包括具有一分散之一第一光柵，該第一光柵配置以用於回應於該第一光束而發射自該樣本之該第一拉曼響應的波長；且該第二光譜儀可包括具有一分散之一第二光柵，該第二光柵配置以用於回應於該第二光束而發射自該樣本之該第二拉曼響應的波長，例如，如參考圖2中之繞射光柵254及274所討論。
在一些實施方案中，第一光束之第一波長係紫外線，且第二光束之第二波長係紅外線。
在一個實施方案中，光學計量裝置可在第一束路徑中偏振第一光束，且可在第二束路徑中偏振第二光束。舉例而言，用於在第一路徑中偏振第一光束之構件可係，例如，第一偏振器214或408，如圖2及圖4中所討論。用於在第二束路徑中偏振第二光束之構件可係，例如，第二偏振器224或428，如圖2及圖4中所討論。第一偏振器及/或第二偏振器可係線性偏振器，且可使用額外的光學組件以產生所欲的偏振狀態，諸如半波板412及430。光學計量裝置可分析第一拉曼響應之第一束路徑中的第一拉曼響應，且可分析第二拉曼響應之第二束路徑中的第二拉曼響應。舉例而言，用於分析第一拉曼響應之第一束路徑中的第一拉曼響應之構件可係，例如，如圖4中所討論之第一分析器448，其可係線性偏振器。用於分析第二拉曼響應之第二束路徑中的第二拉曼響應之構件可係，例如，如圖4中所討論之第二分析器464，其可係線性偏振器。
在一些實施方案中，光學計量裝置可選擇第一光束之傳輸，同時阻擋第二光束，且選擇第二光束之傳輸，同時阻擋第一光束之傳輸。舉例而言，用於選擇第一光束之傳輸，同時阻擋第二光束且選擇第二光束之傳輸，同時阻擋第一光束之傳輸的構件可係，例如，圖4、圖5A及圖5B中所討論之截波器410。
光學計量裝置，例如，可藉由連續地切換以在當傳輸第一光束時阻擋第二光束之傳輸且在當傳輸第二光束時阻擋第一光束之傳輸，來選擇第一光束或第二光束之一者的傳輸。舉例而言，用於在當傳輸第一光束時阻擋第二光束之傳輸且在當傳輸第二光束時阻擋第一光束之傳輸的構件可係，例如，圖4、圖5A、及圖5B中所討論之截波器410。至少一個光譜儀可包括第一光譜儀及第二光譜儀，光學計量裝置可觸發第一光譜儀以測量第一拉曼響應，且可觸發第二光譜儀以測量第二拉曼響應。舉例而言，用於觸發第一光譜儀以測量第一拉曼響應之構件可係圖4、圖5A、及圖5B中所討論之截波器410。用於觸發第二光譜儀以測量第二拉曼響應之構件係圖4、圖5A及圖5B中所討論之截波器410。
雖然本發明係為了教導之目的而關聯於具體實施例來說明，但本發明不限於此。可在不悖離本發明之範疇下進行各種調適及修改。因此，隨附申請專利範圍之精神及範疇不應限於前述說明。
100:光學計量裝置 112:光源 114:光束 115:箭頭 116,118:透鏡 120:偏振器 122:分光器 124:物鏡 126:樣本 127:台座 128:響應束 129:箭頭；反向散射光 130:濾波器 132:共焦針孔 134,136,138:透鏡 140:折鏡 142:分析器 150:光譜儀 200:光學計量裝置 210:第一光源；光源 212:光束 213:第一波長；波長 214:偏振器；第一偏振器 215:反向散射光；箭頭 216:第一二色性分光器；二色性分光器 220:第二光源；光源 222:光束；第二光束 223:第二波長；波長 224:偏振器 225:反向散射光；箭頭 226:第二二色性分光器；二色性分光器 230:樣本；台座 232:物鏡 234:台座 236:第三二色性分光器；二色性分光器 240:分析器 242:透鏡 250:第一光譜儀；光譜儀 251:入口狹縫 252,256:聚焦鏡 254:繞射光柵 258:偵測器 260:第二分析器；分析器 262:透鏡 270:第二光譜儀；光譜儀 271:入口狹縫 272,276:聚焦鏡 274:繞射光柵 278:偵測器 280:控制器；處理器 282:處理單元 284:記憶體 286:顯示器 287:通訊埠 288:輸入裝置 289:儲存媒體 300:圖表 302:自發螢光 400:光學計量裝置 402:第一光源；光源 403:第一束；光束 404:鏡 405:束；UV輸出 406:第一線濾波器 408:第一偏振器；偏振器 410:截波器 412:第一偏振旋轉元件；波板；半波板 414:第一二色性分光器 422:第二光源 423:第二束；光束 424:鏡 425:束；IR輸出 426:第二線濾波器 428:第二偏振器 430:第二偏振旋轉元件 432,434:鏡 436:第二二色性分光器 438:第三二色性分光器 440:物鏡 442:樣本 444:第一濾波器 446,450,454,456,458:鏡 448:第一分析器; 450:鏡 452:針孔 454:鏡 460:第一光譜儀 462:第二濾波器 464:第二分析器 466,470,472,474:鏡 468:針孔 476:第二光譜儀 502:開放區段 504:阻擋區段 506:UV束 508:IR束 600:流程圖 602,604,606,608,610,612:方塊
[圖1]繪示採用拉曼光譜術之光學計量裝置的示意圖。 [圖2]繪示採用多波長偏振共焦拉曼光譜術之光學計量裝置的示意圖。 [圖3]係一圖表，其繪示可由光學計量裝置之光源使用的各種波長以及可回應於激發波長而產生之自發螢光的波長。 [圖4]繪示採用具有拉曼響應信號之隔離的多波長偏振共焦拉曼光譜術之光學計量裝置的示意圖。 [圖5A]及[圖5B]係可用以隔離拉曼響應信號之旋轉截波器的示意圖。 [圖6]係一流程圖，其繪示用以執行拉曼光譜術之光學計量裝置的操作方法。
200:光學計量裝置
210:第一光源；光源
212:光束
213:第一波長；波長
214:偏振器；第一偏振器
215:反向散射光；箭頭
216:第一二色性分光器；二色性分光器
220:第二光源；光源
222:光束；第二光束
223:第二波長；波長
224:偏振器
225:反向散射光；箭頭
226:第二二色性分光器；二色性分光器
230:樣本；台座
232:物鏡
234:台座
236:第三二色性分光器；二色性分光器
240:分析器
242:透鏡
250:第一光譜儀；光譜儀
251:入口狹縫
252:聚焦鏡
254:繞射光柵
256:聚焦鏡
258:偵測器
260:第二分析器；分析器
262:透鏡
270:第二光譜儀；光譜儀
271:入口狹縫
272:聚焦鏡
274:繞射光柵
276:聚焦鏡
278:偵測器
280:控制器；處理器
282:處理單元
284:記憶體
286:顯示器
287:通訊埠
288:輸入裝置
289:儲存媒體

Claims (20)

  1. 一種用於拉曼光譜術之光學計量裝置，其包含： 第一光源，其產生具有第一波長之第一光束； 第二光源，其產生具有第二波長之第二光束； 第一二色性分光器，其部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長，使得該第一光束及該第二光束沿著入射在樣本上之相同光軸傳播，該第一二色性分光器接收回應於該第一光束而發射自該樣本之第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束，該第一二色性分光器將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起但不包括反射自該樣本之該第一光束導引朝向至少一個光譜儀；及 該至少一個光譜儀自該第一二色性分光器接收發射自該樣本之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應。
  2. 如請求項1之光學計量裝置，其中該第一二色性分光器將反射自該樣本之該第二光束一起連同該第一拉曼響應及該第二拉曼響應導引朝向該至少一個光譜儀，其進一步包含： 第二二色性分光器，其將來自該第二光源之該第二光束導引朝向該第一二色性分光器；且將至少該第二拉曼響應但不包括反射自該樣本之該第二光束導引朝向該至少一個光譜儀。
  3. 如請求項2之光學計量裝置，其中該至少一個光譜儀包含： 第一光譜儀，其接收回應於該第一光束而發射自該樣本之該第一拉曼響應； 第二光譜儀，其接收回應於該第二光束而發射自該樣本之該第二拉曼響應；及 第三二色性分光器，其將來自該第二二色性分光器之該第二光束導引朝向該第一二色性分光器，將該第一拉曼響應導引朝向該第一光譜儀，且將反射自該樣本之該第二光束及該第二拉曼響應一起導引朝向該第二二色性分光器，其中該第二二色性分光器將該第二拉曼響應但不包括反射自該樣本之該第二光束導引朝向該第二光譜儀。
  4. 如請求項3之光學計量裝置，其中該第一光譜儀包含具有分散之第一光柵，該第一光柵配置以用於回應於該第一光束而發射自該樣本之該第一拉曼響應的波長；且該第二光譜儀包含具有分散之第二光柵，該第二光柵配置以用於回應於該第二光束而發射自該樣本之該第二拉曼響應的波長。
  5. 如請求項3之光學計量裝置，其中該第一光束之該第一波長係紫外線，且該第二光束之該第二波長係紅外線。
  6. 如請求項1之光學計量裝置，其進一步包含： 第一偏振器，其在該第一光束之第一束路徑中； 第二偏振器，其在該第二光束之第二束路徑中； 第一分析器，其在該第一拉曼響應之第三束路徑中；及 第二分析器，其在該第二拉曼響應之第四束路徑中。
  7. 如請求項1之光學計量裝置，其進一步包含截波器，該截波器選擇該第一光束之傳輸同時阻擋該第二光束，且選擇該第二光束之傳輸同時阻擋該第一光束之傳輸。
  8. 如請求項7之光學計量裝置，其中該截波器連續地切換以選擇該第一光束或該第二光束中之僅一者的傳輸，其中該截波器在當傳輸該第一光束時，阻擋該第二光束之傳輸，且在當傳輸該第二光束時，阻擋該第一光束之傳輸，且其中該至少一個光譜儀包含： 第一光譜儀，其係由該截波器所觸發以測量該第一拉曼響應；及 第二光譜儀，其係由該截波器所觸發以測量該第二拉曼響應。
  9. 一種拉曼光譜術之方法，其包含： 以第一光源產生具有第一波長之第一光束； 以第二光源產生具有第二波長之第二光束； 以第一二色性分光器部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長，以沿著入射在樣本上之相同光軸傳播該第一光束及該第二光束， 以該第一二色性分光器接收回應於該第一光束而發射自該樣本之第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束； 以該第一二色性分光器將該第一拉曼響應及該第二拉曼響應一起但不包括反射自該樣本之該第一光束導引朝向至少一個光譜儀；及 以該至少一個光譜儀自該第一二色性分光器接收發射自該樣本之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應。
  10. 如請求項9之方法，其中藉由該第一二色性分光器，將反射自該樣本之該第二光束一起連同該第一拉曼響應及該第二拉曼響應導引朝向該至少一個光譜儀，該方法進一步包含： 以第二二色性分光器將來自該第二光源之該第二光束導引朝向該第一二色性分光器；及 以該第二二色性分光器將至少該第二拉曼響應，而無反射自該樣本之該第二光束，導引朝向該至少一個光譜儀。
  11. 如請求項10之方法，其中該至少一個光譜儀包含第一光譜儀及第二光譜儀，該方法進一步包含： 以該第一光譜儀光譜地測量回應於該第一光束而發射自該樣本之該第一拉曼響應； 以該第二光譜儀光譜地測量回應於該第二光束而發射自該樣本之該第二拉曼響應；及 以第三二色性分光器將來自該第二二色性分光器之該第二光束導引朝向該第一二色性分光器； 以該第三二色性分光器將該第一拉曼響應導引朝向該第一光譜儀；及 以該第三二色性分光器將反射自該樣本之該第二光束及該第二拉曼響應一起導引朝向該第二二色性分光器，其中該第二二色性分光器將該第二拉曼響應但不包括反射自該樣本之該第二光束導引朝向該第二光譜儀。
  12. 如請求項11之方法，其中該第一光譜儀包含具有分散之第一光柵，該第一光柵配置以用於回應於該第一光束而發射自該樣本之該第一拉曼響應的波長；且該第二光譜儀包含具有分散之第二光柵，該第二光柵配置以用於回應於該第二光束而發射自該樣本之該第二拉曼響應的波長。
  13. 如請求項11之方法，其中該第一光束之該第一波長係紫外線，且該第二光束之該第二波長係紅外線。
  14. 如請求項9之方法，其進一步包含： 以在第一束路徑中之第一偏振器偏振該第一光束； 以在第二束路徑中之第二偏振器偏振該第二光束； 以在該第一拉曼響應之第三束路徑中之第一分析器分析該第一拉曼響應；及 以在該第二拉曼響應之第四束路徑中之第二分析器分析該第二拉曼響應。
  15. 如請求項9之方法，其進一步包含以截波器選擇該第一光束之傳輸同時阻擋該第二光束，且選擇該第二光束之傳輸同時阻擋該第一光束之傳輸。
  16. 如請求項15之方法，其中以該截波器選擇該第一光束或該第二光束中之一者的傳輸包含連續地切換以在當傳輸該第一光束時阻擋該第二光束之傳輸且在當傳輸該第二光束時阻擋該第一光束之傳輸，其中該至少一個光譜儀包含第一光譜儀及第二光譜儀，該方法包含： 由該截波器觸發該第一光譜儀以測量該第一拉曼響應；及 由該截波器觸發該第二光譜儀以測量該第二拉曼響應。
  17. 一種用於拉曼光譜術之光學計量裝置，其包含： 用於產生具有第一波長之第一光束的構件； 用於產生具有第二波長之第二光束的構件； 用於以下之構件：部分地反射該第一波長且傳輸該第二波長以沿著入射在樣本上之相同光軸傳播該第一光束及該第二光束；並接收回應於該第一光束而發射自該樣本之第一拉曼響應、回應於該第二光束而發射自該樣本之第二拉曼響應、反射自該樣本之該第一光束、及反射自該樣本之該第二光束；及一起導引將被光譜地測量之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應但不包括反射自該樣本之該第一光束；及 用於光譜地測量發射自該樣本之該第一拉曼響應及該第二拉曼響應的構件。
  18. 如請求項17之光學計量裝置，其中藉由該第一二色性分光器，將反射自該樣本之該第二光束一起連同該第一拉曼響應及該第二拉曼響應導引朝向該至少一個光譜儀，該光學計量裝置進一步包含： 用於將來自該第二光源之該第二光束導引朝向該樣本以及導引將被光譜地測量之至少該第二拉曼響應而不包括經反射之該第二光束的構件。
  19. 如請求項17之光學計量裝置，其進一步包含用於選擇該第一光束之傳輸同時阻擋該第二光束以及選擇該第二光束之傳輸同時阻擋該第一光束之傳輸的構件。
  20. 如請求項19之光學計量裝置，其中用於光譜地測量之該構件包含第一光譜儀及第二光譜儀，該光學計量裝置進一步包含： 在用於選擇傳輸之該構件選擇該第一光束之傳輸時，用於觸發該第一光譜儀以測量該第一拉曼響應的構件；及 在用於選擇傳輸之該構件選擇該第二光束之傳輸時，用於觸發該第二光譜儀以測量該第二拉曼響應的構件。
TW112104857A 2022-04-07 2023-02-10 用於多個來源激發拉曼光譜術之設備及方法 TWI847543B (zh)

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