微區(qū)變角度光譜測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種微區(qū)光譜測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)包括入射光路、樣品臺和接收光路，所述入射光路包括位于入射光路徑中的入射顯微物鏡，第一光譜測試單元和第一實(shí)時觀察系統(tǒng)；所述接收光路包括位于出射光路徑中的接收顯微物鏡，第二光譜測試單元和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括：樣品臺轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述樣品臺繞垂直于樣品臺的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，和第一光路轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述入射光路或接收光路繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)可對微區(qū)樣品提供入射角度和接收角度可以改變的透射、反射或熒光等多種光譜測試模式。
【專利說明】微區(qū)變角度光譜測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微納光子學(xué)器件的光譜特性測試領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種微區(qū)變角度光譜測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種微納米材料與結(jié)構(gòu)的研究日漸多樣化，特別是以光子晶體、負(fù)折射材料、等離激元光子學(xué)器件等為代表的納米光子學(xué)器件，趨于多功能化和小型化。伴隨材料及結(jié)構(gòu)尺度的減小，微納光子學(xué)器件的發(fā)展面臨測試難題，即如何在微納尺度下準(zhǔn)確、全面檢測出各種光子學(xué)器件的光學(xué)特性，探索其所蘊(yùn)含的新現(xiàn)象、新機(jī)理，這成為微納光子學(xué)器件進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。新型微納光子學(xué)器件的迅猛發(fā)展及其深入研究需要在微納尺度下對其光學(xué)特性進(jìn)行全面準(zhǔn)確測量的評價。
[0003]目前已商品化的光學(xué)特性測量儀器滿足不了微納尺度下光學(xué)特性評價的要求。多數(shù)儀器主要針對宏觀樣品的測量，只有少數(shù)儀器可以對微觀樣品進(jìn)行測量。但在微區(qū)測量時，這些儀器普遍存在只能單一方向測量、適用的波長范圍小等缺點(diǎn)。隨著微納光子器件研究的深入，對不同入射角的入射光條件下微納光子器件所表現(xiàn)出的光譜特性的研究變得越來越重要。目前，對微納尺度材料與結(jié)構(gòu)的透射、反射、吸收等光譜特性的評價主要有以下幾種方案:
[0004](I)用于測量材料透射、反射、吸收光譜的紅外傅里葉光譜儀，如美國ThermoScientific公司的Nicolet 6700、德國布魯克公司VERTEX 70，這種儀器可實(shí)現(xiàn)近紅外至中紅外光譜的測量，但可測量尺度一般在IOym以上。
[0005](2)商品化顯微分光光度計，如德國J&M公司的MSP500、美國CRAIC公司的QDI2020，可實(shí)現(xiàn)可見光至近紅外波段的透射、反射、吸收光譜的測量，測量尺度可以小至I μ m,但是該儀器的測量分辨率比較低，例如可見光波段為lnm，近紅外光波段為3.5nm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了日益發(fā)展的微納光子學(xué)器件測試要求。
[0006](3)為了獲得較高的光譜分辨率與微區(qū)光譜測量功能，通過組合的方式解決所需要的測試手段，如利用美國Princeton Instrument公司的高端光譜儀與蔡司、尼康、萊卡、奧林巴斯等顯微鏡結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)較高分辨的微區(qū)光譜測試。
[0007]雖然以上儀器或系統(tǒng)都可以對尺寸小于例如100 μ m的微區(qū)材料及結(jié)構(gòu)的光譜特性進(jìn)行測量，但他們普遍都存在一個共同的缺點(diǎn)，即只能實(shí)現(xiàn)樣品在某一個方向上的光譜測量，光源相對于樣品的入射角度不能調(diào)節(jié)，探測器相對于樣品的接收角度也不能調(diào)節(jié)。任何對改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌冗M(jìn)行光譜測試的嘗試都面臨著在改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌群蟮娜绾尉_調(diào)節(jié)微區(qū)在測試光路中的位置，如何獲得有效的測試結(jié)果的問題。
[0008]因此，需要一種可實(shí)現(xiàn)以不同入射角度、不同接收角度測量微區(qū)樣品的透射、反射、吸收光譜以及熒光光譜的測量系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的在于，提供一種入射角度可變、接收角度可變的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的一種微區(qū)光譜測試系統(tǒng)包括入射光路、樣品臺和接收光路，其中，
[0011]所述入射光路包括位于入射光路徑中的光學(xué)元件、入射顯微物鏡，第一光譜測試單元和第一實(shí)時觀察系統(tǒng)；
[0012]所述接收光路包括位于出射光路徑中的光學(xué)元件、接收顯微物鏡，第二光譜測試單元和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)，
[0013]該測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括:
[0014]樣品臺轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述樣品臺繞垂直于樣品臺的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，和
[0015]第一光路轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述入射光路或接收光路繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0016]優(yōu)選地，所述測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括:
[0017]第二光路轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述接收光路或所述入射光路繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0018]優(yōu)選地，測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于精確調(diào)節(jié)樣品臺三維位置的樣品臺三維移動裝置，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置同時轉(zhuǎn)動三維移動裝置和樣品臺。
[0019]優(yōu)選地，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置和所述第一光路轉(zhuǎn)動裝置分別獨(dú)立可調(diào)
[0020]優(yōu)選地，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置、所述第一光路轉(zhuǎn)動裝置和所述第二光路轉(zhuǎn)動裝置分別獨(dú)立可調(diào)。
[0021]優(yōu)選地，所述入射顯微物鏡和所述接收顯微物鏡可被三維移動和俯仰調(diào)節(jié)。
[0022]優(yōu)選地，所述測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括分別位于所述入射光路和接收光路中光束聚焦位置處的可調(diào)光闌。
[0023]優(yōu)選地，所述第一光譜測試單元和第二光譜測試單元的測試波長包括可見光和近紅外光。
[0024]優(yōu)選地，所述第一實(shí)時觀察系統(tǒng)和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)分別包括照明光源、成像(XD、監(jiān)視器和光路元件。
[0025]優(yōu)選地，所述第一實(shí)時觀察系統(tǒng)和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)進(jìn)一步分別包括位于成像CXD前方的透反鏡，用于將來自顯微物鏡的光分開，一路進(jìn)入成像(XD，另一路進(jìn)入光譜測
試單元。
[0026]本發(fā)明的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，根據(jù)樣品的光譜測試目的，通過調(diào)節(jié)入射光路、樣品臺和/或接收光路繞垂直于樣品臺的轉(zhuǎn)軸共軸轉(zhuǎn)動，可以改變?nèi)肷浣嵌然蛘呓邮战嵌?，?shí)現(xiàn)變角度的光譜測量。通過采用顯微物鏡聚焦入射光束、收集出射光束，可以實(shí)現(xiàn)微區(qū)樣品的光譜測量。在光路中建立的雙向?qū)崟r觀察系統(tǒng)，在改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌群?，可?shí)時觀察和調(diào)節(jié)樣品位置、顯微物鏡的位置和俯仰角度，以便精確定位入射光束和出射光束焦點(diǎn)的位置和大小，使得微區(qū)變角度光譜測量成為可能。通過在入射光路和接收光路中分別提供光譜測試單元，本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)可進(jìn)行多種透射、反射和熒光光譜測試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明，其中:
[0028]圖1A是根據(jù)本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)的頂視示意圖。
[0029]圖1B是根據(jù)本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動部分的側(cè)視示意圖。[0030]圖2A-2D分別是根據(jù)本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)的透射或熒光光譜測試模式示意圖。
[0031]圖3A-3C分別是根據(jù)本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)的反射或熒光光譜測試模式示意圖。
[0032]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)例I的測試模式得到的樣品透射光譜。
[0033]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)例2的測試模式得到的樣品反射光譜。
[0034]圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)例3的測試模式得到的樣品反射光譜。
[0035]具體實(shí)施方法
[0036]下面將參照附圖并結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
[0037]圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明的變角度微區(qū)光譜測試系統(tǒng)的示意圖，其中圖1A測試系統(tǒng)的頂視示意圖，而圖1B是測試系統(tǒng)中轉(zhuǎn)動部分的側(cè)視示意圖。
[0038]本發(fā)明的微區(qū)變角度光譜測試系統(tǒng)，包括入射光路101、樣品臺301和接收光路
201。該光譜測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于調(diào)節(jié)樣品臺301繞垂直于樣品臺的轉(zhuǎn)軸304轉(zhuǎn)動的樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302，用于使入射光路101繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的入射光路調(diào)節(jié)裝置102，和用于使接收光路201繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的接收光路調(diào)節(jié)裝置202。入射光路調(diào)節(jié)裝置102、樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302和接收光路調(diào)節(jié)裝置202使入射光路、樣品臺和接收光路可分別繞轉(zhuǎn)軸304共軸旋轉(zhuǎn)，彼此不影響，這使得對樣品進(jìn)行光譜測試的入射角度和接收角度分別獨(dú)立可調(diào)。測試系統(tǒng)可分別改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌炔⒂纱丝商峁┒喾N測試模式，這在下文將詳細(xì)說明。光譜測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于精密調(diào)節(jié)樣品臺三維位置的樣品臺三維移動裝置303。樣品臺三維移動裝置303位于樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302上方，與樣品臺301—起由樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302控制轉(zhuǎn)動。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動裝置302和移動裝置303可使樣品臺上的待測樣品的待測微區(qū)精確處于轉(zhuǎn)軸軸心的位置。
[0039]入射光路101可包括位于入射光路徑中用于聚焦入射光束的入射顯微物鏡103、用于選擇和聚焦待測微區(qū)的實(shí)時觀察系統(tǒng)104、用于提供反射和熒光光譜等多種測試模式的光譜測試單元105、以及用于形成入射路徑的各種光學(xué)元件106。優(yōu)選地，為提高信噪比，入射光路101可包括位于入射光束聚焦位置處的可調(diào)光闌(圖中未示出)，用于限制入射到待測樣品上光斑面積大小。接收光路201可包括位于出射光路徑中用于聚焦出射光束的接收顯微物鏡203、用于選擇和聚焦待測微區(qū)的實(shí)時觀察系統(tǒng)204、用于提供透射和熒光光譜等多種測試模式的光譜測試單元205、以及用于形成出射路徑的各種光學(xué)元件206。入射顯微物鏡103和接收顯微物鏡203分別具有一定的放大倍數(shù)和數(shù)值孔徑，并且可被三維移動和俯仰調(diào)節(jié)，用于準(zhǔn)確聚焦入射光束或出射光束。實(shí)時觀察系統(tǒng)104，204包括照明光源、成像CCD、監(jiān)視器以及光路元件等。優(yōu)選地，實(shí)時觀察系統(tǒng)的光路元件可以與用于光譜測試的光路元件共用。在成像CXD前利用透反鏡將光路分開，一路進(jìn)入成像(XD，另一路進(jìn)入光譜測試單元。例如在改變?nèi)肷浣嵌然蚪邮战嵌葧r樣品偏離旋轉(zhuǎn)中心的情況下，可以通過觀察監(jiān)視器上的樣品微區(qū)成像，調(diào)節(jié)樣品臺三維移動裝置303，將樣品待測微區(qū)調(diào)節(jié)至轉(zhuǎn)軸軸心，實(shí)現(xiàn)共軸對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。分別在入射光路101和接收光路201中提供雙向?qū)崟r觀察系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)微小樣品的觀察、光路與樣品的共軸對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。測試單元105，106優(yōu)選具有寬的光譜范圍，例如包括可見光譜和近紅外光譜。優(yōu)選地，為提高信噪比，接收光路201可包括位于出射光束聚焦位置處的可調(diào)光闌(圖中未示出)，用于限制待測樣品信息收集面積大小。
[0040]在使用本發(fā)明的光譜測試系統(tǒng)進(jìn)行微區(qū)光譜測試時，首先根據(jù)測試目的選擇合適的測試模式。隨后根據(jù)測試模式，利用光路調(diào)節(jié)裝置102，202，和/或樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302獨(dú)立地調(diào)節(jié)入射光路101，接收光路201和/或樣品臺301繞轉(zhuǎn)軸304共軸旋轉(zhuǎn)，分別改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌?。隨后，可利用入射光路101和接收光路201中雙向?qū)崟r觀察系統(tǒng)104和204，通過調(diào)節(jié)樣品臺三維移動裝置303的位置以及顯微物鏡103，203的位置和俯仰角度，選擇和聚焦待測樣品的待測微區(qū)。隨后利用光譜測試單元進(jìn)行測試。如上所述，本發(fā)明的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)因?yàn)槿肷涔饴?01、樣品臺301和接收光路201可共軸旋轉(zhuǎn)，使得對樣品臺上的樣品進(jìn)行多種模式的測試成為可能。
[0041]當(dāng)需要對樣品進(jìn)行透射或熒光光譜測試時，將入射光路和接收光路位于樣品兩偵牝通過分別調(diào)節(jié)光路調(diào)節(jié)裝置102，202，或樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302和樣品臺三維移動裝置303提供以下測試模式:
[0042]-將入射光路101調(diào)節(jié)至選定的入射角度和接收角度后，保持入射角度和接收角度不變，利用接收光路201里的光譜測試單元205對待測微區(qū)進(jìn)行某些固定角度的透射或熒光光譜測試，如圖2A所示，通過改變樣品待測微區(qū)的位置，可對同一樣品的不同區(qū)域進(jìn)行光譜測試；
[0043]-將接收光路調(diào)節(jié)至選定的接收角度后，通過轉(zhuǎn)動入射光路調(diào)節(jié)裝置改變?nèi)肷浣嵌?，利用接收光路里的光譜測試單元對待測微區(qū)樣品進(jìn)行入射角度改變、接收角度固定的透射或熒光光譜測試，如圖2B所示；
[0044]-將入射光路調(diào)節(jié)至選定的入射角度后，通過轉(zhuǎn)動接收光路調(diào)節(jié)裝置改變接收角度，利用接收光路里的光譜測試單元對待測微區(qū)樣品進(jìn)行入射角度不變、接收角度改變的透射或熒光光譜測試，如圖2C所示；
[0045]-通過轉(zhuǎn)動樣品臺轉(zhuǎn)動裝置，改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌?，利用接收光路里的光譜測試單元對待測微區(qū)進(jìn)行入射角度改變、接收角度改變的透射或熒光光譜測試，如圖2D所
/Jn ο
[0046]當(dāng)需要對樣品進(jìn)行反射或熒光光譜測試時，通過分別調(diào)節(jié)光路調(diào)節(jié)裝置102，202，或樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302和樣品臺三維移動裝置303提供以下測試模式:
[0047]-僅利用入射光路，通過轉(zhuǎn)動入射光路調(diào)節(jié)裝置將入射光路調(diào)節(jié)至垂直于樣品表面的入射角度，保持入射角度不變，利用入射光路里的光譜測試單元對微區(qū)樣品沿入射角度出射的反射光進(jìn)行光譜測試，如圖3A所示，通過改變樣品待測微區(qū)的位置，可對同一樣品的不同區(qū)域進(jìn)行散射光譜測試；
[0048]-僅利用入射光路，通過旋轉(zhuǎn)樣品臺轉(zhuǎn)動裝置改變?nèi)肷浣嵌?，利用反射光路里的光譜測試單元對微區(qū)樣品沿入射角度出射的散射光進(jìn)行光譜測試，如圖3B所示；
[0049]-利用位于樣品同側(cè)的入射光路和接收光路，通過調(diào)節(jié)樣品臺旋轉(zhuǎn)裝置，改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌?，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)接收光路調(diào)節(jié)裝置將接收光路調(diào)節(jié)至接收角度對應(yīng)于反射角度，利用接收光路里的光譜測試單元對微區(qū)樣品進(jìn)行入射角度改變、接收角度等于入射角度的反射光譜測試，如圖3C所示。
[0050]下面通過具體實(shí)施例介紹本發(fā)明所述的變角度微區(qū)光譜測試系統(tǒng)的具體測試方法。
[0051]實(shí)例I
[0052]以如圖2C所示入射角度不變、接收角度改變的透射光譜測試模式為例，結(jié)合附圖來說明本發(fā)明所述的變角度微區(qū)光譜測試系統(tǒng)。
[0053]選擇聚合物光子晶體結(jié)構(gòu)，例如大小40μπιΧ40μπι作為樣品，固定在樣品臺301上，樣品臺301位于三維移動裝置303上，可以隨之移動。三維移動移動裝置303位于樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302上，樣品臺以及樣品臺三維移動裝置可以隨樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302轉(zhuǎn)動。在對該樣品的透射光譜測量中，保持入射光束垂直樣品表面入射，通過旋轉(zhuǎn)接收光路調(diào)節(jié)裝置改變接收角度，利用接收光路的光譜測試單元203探測不同接收角度下樣品的透射光譜。在該實(shí)例中，接收光路調(diào)節(jié)裝置202提供接收光路201的繞垂直于樣品臺的旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動。樣品的移動、轉(zhuǎn)動利用樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302和樣品臺三維移動裝置303實(shí)現(xiàn)。接收光路調(diào)節(jié)裝置202、樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302和樣品臺三維移動裝置303受控調(diào)節(jié)獨(dú)立進(jìn)行，相互不產(chǎn)生影響。各裝置的轉(zhuǎn)動和移動可以采用手動或者電機(jī)帶動的方式實(shí)現(xiàn)，但是具體方式不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0054]在入射光路101中采用入射顯微物鏡102聚焦入射光束，在接收光路201中采用接收顯微物鏡202收集出射光束。同時，也可利用顯微物鏡102和202進(jìn)行微區(qū)樣品的觀察。在該實(shí)例中，顯微物鏡102和202可進(jìn)行三維移動和俯仰調(diào)節(jié)，以便精確調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的位置。對于微區(qū)樣品，即使其位置已經(jīng)精確處于光路調(diào)節(jié)裝置、樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302的軸心位置，當(dāng)接收光路201隨接收光路調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)動時，由于轉(zhuǎn)動裝置固有的超過例如10 μ m的橫向及縱向跳動，會使微區(qū)樣品偏離原軸心位置，而需要進(jìn)行進(jìn)一步的樣品位置校正。為了重新將樣品置于激發(fā)與探測的焦點(diǎn)位置。通過入射光路中的觀察系統(tǒng)104與接收光路中觀察系統(tǒng)204的雙方向顯微實(shí)時觀察、通過調(diào)節(jié)樣品臺三維移動裝置，使樣品回到軸心位置，實(shí)現(xiàn)微區(qū)樣品的共軸對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
[0055]在入射光路101中，入射光束直接經(jīng)顯微物鏡102聚焦后的光斑面積可能大于樣品面積，導(dǎo)致樣品信息淹沒在噪聲中難以分辨。為提高信噪比，該實(shí)例中采用可調(diào)光闌置于入射光路101中的焦點(diǎn)位置，來限制來自光源401的入射光束的面積，提高光譜測量的信噪t匕。在該實(shí)例中，還包括位于接收光路201中的可調(diào)光闌，用于限制接收光束的大小，以提高信噪比。由于光闌大小可調(diào)，不同大小的樣品均可以獲得最佳的透射光譜信噪比。
[0056]在不同的接收角度下，測得的透射光譜如圖4所示。在保持入射角度不變的情況下，改變接收角度測量樣品的透射光譜或熒光光譜，可以了解樣品在不同方位、方向上的光譜分布特點(diǎn)，有利于獲得新型微納光學(xué)器件、傳感器等器件的光譜特性。
[0057]實(shí)例2
[0058]以如圖3C所示的改變樣品臺角度、入射角度和接收角度時測得的反射光譜測試模式為例，結(jié)合附圖來說明本發(fā)明所述的變角度微區(qū)光譜測試系統(tǒng)。
[0059]選擇二維金屬陣列結(jié)構(gòu)，例如大小30 μ mX 30 μ m作為樣品，固定在樣品臺301上，樣品臺301位于三維移動裝置303上，可以隨之移動。三維移動裝置303置于樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302上，樣品臺以及樣品臺三維移動裝置可以隨樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302轉(zhuǎn)動。在對該樣品的反射光譜測量中，調(diào)節(jié)樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302以改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌龋ㄟ^接收光路中的光譜測試單元探測不同入射角度和接收角度下樣品的反射光譜。
[0060]在入射光路101中采用入射顯微物鏡102聚焦入射光束，在接收光路201中采用接收顯微物鏡202收集出射光束。同時，也利用顯微物鏡102和202進(jìn)行微區(qū)樣品的觀察和焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)。對于微區(qū)樣品，即使其位置已經(jīng)精確處于光路調(diào)節(jié)裝置、樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302的軸心位置，當(dāng)接收光路201隨接收光路調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)動時，由于轉(zhuǎn)動裝置固有的超過例如10 μ m的橫向及縱向跳動，會使微區(qū)樣品偏離原軸心位置，而需進(jìn)行進(jìn)一步的樣品位置校正。為了重新將樣品置于激發(fā)與探測的焦點(diǎn)位置。通過入射光路中的觀察系統(tǒng)104與接收光路中觀察系統(tǒng)204的雙方向顯微實(shí)時觀察，并通過調(diào)節(jié)樣品臺三維移動裝置，使樣品回到軸心位置，實(shí)現(xiàn)微區(qū)樣品的共軸對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
[0061]在入射光路101中，入射光束直接經(jīng)入射顯微物鏡102聚焦后光斑面積可能大于樣品面積，導(dǎo)致樣品信息會淹沒在噪聲中難以分辨。在接收光路201中放置可調(diào)光闌限制接受光束的大小提高信噪比。由于光闌大小可調(diào)，不同大小的樣品均可以獲得最佳的透射光譜信噪比。
[0062]在不同的入射角和接收角度下，測得的反射光譜如圖5所示。在改變?nèi)肷浣嵌群徒邮战嵌鹊那闆r下，測量樣品的反射光譜或熒光光譜，可以了解樣品對不同角度入射光的反射光譜分布特點(diǎn)，有利于獲得新型微納光學(xué)器件、傳感器等器件的反射光譜特性。
[0063]實(shí)例3
[0064]以如圖3B所示的旋轉(zhuǎn)樣品臺，入射角度改變時測得的反射光譜測試為例，結(jié)合附圖來說明本發(fā)明所述的變角度微區(qū)光譜測試系統(tǒng)。
[0065]選擇二維金屬陣列結(jié)構(gòu)大小例如30 μ mX 30 μ m作為樣品，固定在樣品臺301上，樣品臺301位于三維移動裝置303上，可以隨之移動。三維移動裝置303位于樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302上，樣品臺以及樣品臺三維移動裝置可以隨樣品臺轉(zhuǎn)動裝置302轉(zhuǎn)動。在對該樣品的反射光譜測量中，來自光源的光束以一定角度入射，通過保持入射光路101、旋轉(zhuǎn)樣品臺轉(zhuǎn)動裝置303，改變?nèi)肷浣嵌?，利用入射光路中的光譜測試單元探測不同入射角度下樣品的散射特性。
[0066]在入射光路101中采用入射顯微物鏡102聚焦入射光束，在接收光路201中采用接收顯微物鏡202收集出射光束。同時，也利用顯微物鏡102和202進(jìn)行微區(qū)樣品的觀察和焦點(diǎn)位移調(diào)節(jié)。對于微區(qū)樣品，即使其位置已經(jīng)精確處于光路調(diào)節(jié)裝置、樣品臺轉(zhuǎn)動裝置的軸心位置，當(dāng)樣品臺301隨轉(zhuǎn)動裝置302轉(zhuǎn)動時，由于轉(zhuǎn)動裝置固有的超過10 μ m的橫向及縱向跳動，會使微區(qū)樣品偏離原軸心位置，仍需進(jìn)行進(jìn)一步的樣品位置校正。為了重新將樣品置于激發(fā)與探測的焦點(diǎn)位置。通過入射光路中的觀察系統(tǒng)104與接收光路中觀察系統(tǒng)204的雙方向顯微實(shí)時觀察，并通過調(diào)節(jié)樣品臺三維移動裝置，使樣品回到軸心位置，實(shí)現(xiàn)微區(qū)的共軸對準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
[0067]在入射光路101中，入射光束直接經(jīng)顯微物鏡102聚焦后的光斑面積大于樣品面積，導(dǎo)致樣品信息會淹沒在噪聲中難以分辨。在入射光路101中放置可調(diào)光闌限制入射光束的光斑的大小提高信噪比。由于光闌大小可調(diào)，不同大小的樣品均可以獲得最佳的透射光譜信噪比。
[0068]在不同的樣品臺旋轉(zhuǎn)角度下，測得的樣品表面沿入射角度散射光束的光譜如圖6所示。
[0069]以上借助優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當(dāng)理解為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，包括入射光路、樣品臺和接收光路，其特征在于， 所述入射光路包括位于入射光路徑中的光學(xué)元件、入射顯微物鏡，第一光譜測試單元和第一實(shí)時觀察系統(tǒng)； 所述接收光路包括位于出射光路徑中的光學(xué)元件、接收顯微物鏡，第二光譜測試單元和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)， 該測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 樣品臺轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述樣品臺繞垂直于樣品臺的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，和 第一光路轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述入射光路或接收光路繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 第二光路轉(zhuǎn)動裝置，用于調(diào)節(jié)所述接收光路或所述入射光路繞所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于精確調(diào)節(jié)樣品臺三維位置的樣品臺三維移動裝置，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置同時轉(zhuǎn)動三維移動裝置和樣品臺。
4.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置和所述第一光路轉(zhuǎn)動裝置分別獨(dú)立可調(diào)。
5.如權(quán)利要求2所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品臺轉(zhuǎn)動裝置、所述第一光路轉(zhuǎn)動裝置和所述第二光路轉(zhuǎn)動裝置分別獨(dú)立可調(diào)。
6.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述入射顯微物鏡和所述接收顯微物鏡分別可被三維移動和俯仰調(diào)節(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)進(jìn)一步包括分別位于所述入射光路和接收光路中光束聚焦位置處的可調(diào)光闌。
8.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光譜測試單元和第二光譜測試單元的測試波長包括可見光和近紅外光。
9.如權(quán)利要求1所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一實(shí)時觀察系統(tǒng)和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)分別包括照明光源、成像CCD、監(jiān)視器和光路元件。
10.如權(quán)利要求9所述的微區(qū)光譜測試系統(tǒng)，其特征在于，所述第一實(shí)時觀察系統(tǒng)和第二實(shí)時觀察系統(tǒng)進(jìn)一步分別包括位于成像C⑶前方的透反鏡，用于將來自顯微物鏡的光分開，一路進(jìn)入成像(XD，另一路進(jìn)入光譜測試單元。
【文檔編號】G01J3/28GK103528684SQ201210381236
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月10日
【發(fā)明者】段宣明, 李敬, 董賢子 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所