角分辨微納光譜分析裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種角分辨微納光譜分析裝置，包括入射光路、反射光路和透射光路。入射光路為裝置提供入射光；反射光路是由樣品反射光形成的光路，用于測量樣品角分辨反射傅里葉信息；透射光路是由樣品透射光形成的光路，用于測量樣品角分辨透射傅里葉信息。本發(fā)明通過獲取樣品反射和透射光譜成像信息，對樣品進(jìn)行表征，能夠用于微納光子晶體的測量。其中，接收端探測器通過自動化控制電機(jī)使光纖探測器能夠接收樣品不同反射角度的光譜信息。
【專利說明】角分辨微納光譜分析裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種角分辨微納光譜分析系統(tǒng)。
[0003]【背景技術(shù)】
[0004]近年來，由于光子晶體廣闊的應(yīng)用前景，使其理論研究及實際應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，這一領(lǐng)域已經(jīng)成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)研究的熱點。光子晶體的周期性結(jié)構(gòu)，由于布拉格散射的影響，在其中的傳播的光就會受到調(diào)制形成能帶結(jié)構(gòu)，能夠在微納尺度上對光子的傳輸狀態(tài)進(jìn)行有效的控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提高，一系列新型微納光子器件被制作出來，具有更低的損耗，更小的體積，增強(qiáng)了光與物質(zhì)的相互作用。
[0005]表征微納光子晶體最常用的技術(shù)是光譜學(xué)。光譜學(xué)是光學(xué)的一個分支學(xué)科，研究各種物質(zhì)的光譜的產(chǎn)生及光與物質(zhì)之間的相互作用。光譜是電磁輻射按照波長的有序排列，根據(jù)實驗條件的不同，各個輻射波長都具有各自的特征強(qiáng)度。通過光譜的研究，人們可以得到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識。
[0006]在光譜學(xué)的各種應(yīng)用技術(shù)中，垂直入射和斜入射(角分辨)反射或者透射是研究微納光子晶體特征最常用的技術(shù)。反射和透射測量能夠揭示光在系統(tǒng)中的傳播途徑。在測量特定結(jié)構(gòu)微納光子晶體的色散關(guān)系時，角分辨光譜學(xué)是最直接的方法。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:本發(fā)明提供一種利用角分辨反射和透射方法測量微納光子晶體，更為有效和精確的角分辨微納光譜分析裝置。
技術(shù)方案:本發(fā)明的角分辨微納光譜分析裝置，包括入射光路、與入射光路的出射方向?qū)?zhǔn)的樣品臺、用于接收微納光子晶體樣品的透射光并檢測透射角分辨光譜信息的透射光路、用于接收微納光子晶體樣品的反射光并檢測反射角分辨光譜信息的反射光路；
入射光路包括依次設(shè)置的光纖裝置、準(zhǔn)直物鏡、第一光闌、線性偏振片、可移除凸透鏡、分光片、第一物鏡，分光片的反射面面向第一物鏡并與光路反射方向45°設(shè)置，第一物鏡的出射方向?qū)?zhǔn)放置和調(diào)整樣品的樣品臺，分光片和第一物鏡同時是反射光路的組成部分；反射光路包括第一物鏡、分光片、沿分光片的反射方向依次設(shè)置的第一凸透鏡、第二光闌、第一反光鏡、第二凸透鏡、第一可移除反光鏡和第一光譜儀，以及沿第一可移除反光鏡的反射方向依次設(shè)置的第三凸透鏡和第一 (XD成像裝置,第一反光鏡與光路入射方向45°設(shè)置，第一可移除反光鏡的反射面與光路入射方向45°設(shè)置,第一物鏡的后焦面與第一凸透鏡的光程等于第一凸透鏡的焦距f9，第一凸透鏡的焦點落在第二光闌上，第二光闌和第二凸透鏡的光程等于第二凸透鏡的焦距f 12，第一光譜儀的光纖探測頭在第一電機(jī)的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息；
透射光路包括依次設(shè)置的第二物鏡、第四凸透鏡、第二反光鏡、第三光闌、第五凸透鏡、第二可移除反光鏡、第六凸透鏡、第二 CCD成像裝置，以及沿第二可移除反光鏡的反射方向設(shè)置的第二光譜儀，第二反光鏡與光路入射方向45°設(shè)置，第二可移除反光鏡的反射面與光路入射方向45°設(shè)置，第二物鏡的后焦面與第四凸透鏡的光程等于第四凸透鏡的焦距Π9，第四凸透鏡與第三光闌的光程等于第四凸透鏡的焦距，第五凸透鏡的焦點落在第三光闌上，第二光譜儀的光纖探測頭在第二電機(jī)的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息。
[0009]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明通過在入射光路中加入不同放大倍數(shù)的準(zhǔn)直物鏡和第一物鏡來改變光斑大小，準(zhǔn)直物鏡起到準(zhǔn)直光線作用，第一物鏡起到聚焦的作用，準(zhǔn)直物鏡和第一物鏡放大倍數(shù)的比例為光斑的放大倍數(shù)?？筛鶕?jù)樣品的大小，通過改變準(zhǔn)直物鏡和第一物鏡放大倍數(shù)的比例，改變光斑的大小。
[0010]本發(fā)明在反射光路和透射光路接收端加入電機(jī)，并通過LabVIEW程序控制電機(jī)移動光纖探測器垂直于光路軸線運動，不同位置可得到不同角度的傅里葉信息，通過光譜儀顯示不同角度下的樣品傅里葉信息，通過分析可得到樣品的反射和透射特性。
[0011]本發(fā)明通過在入射光路加入偏振片，使入射到樣品的光為偏振光，有些微納光子晶體對偏振光非常敏感，可用于偏振光下微納光子晶體的表征。
[0012]本發(fā)明在反射光路加入可移除反光鏡，能夠使CXD成像裝置和光纖探測器裝置相互切換，使用可移除反光鏡時，探測器裝置被屏蔽，CCD成像裝置用于拍攝樣品實像，移除反光鏡時，CXD成像裝置被屏蔽，探測器裝置用于檢測樣品角分辨反射傅里葉信息，減少了使用分光片造成的光通量損失，提高了信噪比。
[0013]本發(fā)明在透射光路整加入可移除反光鏡，能夠使CXD成像裝置和光纖探測器裝置相互切換，使用可移除反光鏡時，C⑶成像裝置被屏蔽，探測器裝置用于檢測樣品角分辨透射傅里葉信息，移除反光鏡時，探測器裝置被屏蔽，CXD成像裝置用于拍攝樣品實像，可移除反光鏡的使用減少了使用分光片造成的光通量損失，提高了信噪比。
[0014]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中有:光纖裝置1、準(zhǔn)直物鏡2、第一光闌3、線性偏振片4、可移除凸透鏡5、第一物鏡6、樣品臺7、分光片8、第一凸透鏡9、第二光闌10、第一反光鏡11、第二凸透鏡12、第一可移除反光鏡13、第一電機(jī)14、第一光譜儀15、第三凸透鏡16、第一 (XD成像裝置17、第二物鏡18、第四凸透鏡19、第二反光鏡20、第三光闌21、第五凸透鏡22、第二可移除反光鏡23、第二電機(jī)24、第二光譜儀25、第六凸透鏡26、第二 CXD成像裝置27。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例和說明書附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明: 如圖1所示，本發(fā)明的角分辨微納光譜分析裝置，包括:入射光路、與入射光路的出射方向?qū)?zhǔn)的樣品臺7、用于接收微納光子晶體樣品的透射光并檢測透射角分辨光譜信息的透射光路、用于接收微納光子晶體樣品的反射光并檢測反射角分辨光譜信息的反射光路。
[0019]入射光路包括依次設(shè)置的光纖裝置1、準(zhǔn)直物鏡2、第一光闌3、線性偏振片4、可移除凸透鏡5、分光片8、第一物鏡6,分光片8的反射面面向物鏡6并與光路反射方向45°設(shè)置，第一物鏡6的出射方向?qū)?zhǔn)放置和調(diào)整樣品的樣品臺7，分光片8和第一物鏡6同時是反射光路的組成部分。光纖裝置I提供光纖光源，經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡2后形成平行光，通過設(shè)置于準(zhǔn)直物鏡2后的第一光闌3，控制平行光束的大小，第一光闌3出來的光經(jīng)由線性偏振片4形成偏振光，位于線性偏振片4之后的第一物鏡6具有聚焦光源的作用，其放大倍數(shù)與準(zhǔn)直物鏡2的放大倍數(shù)的比例關(guān)系決定了入射到樣品上的光斑的大?。辉诘谝晃镧R6的出射面為放置和調(diào)整樣品的樣品臺7，可以多個維度調(diào)整樣品；在線性偏振片4和分光片8之間加入可移除凸透鏡5，可使臨界照明變?yōu)榭评照彰?，樣品臺上的照明區(qū)域增大，主要用于在測量之前尋找樣品。
[0020]反射光路包括第一物鏡6、分光片8、沿分光片8的反射方向依次設(shè)置的第一凸透鏡9、第二光闌10、第一反光鏡11、第二凸透鏡12、第一可移除反光鏡13和第一光譜儀15,以及沿第一可移除反光鏡13的反射方向依次設(shè)置的第三凸透鏡16和第一 C⑶成像裝置17,第一反光鏡11與光路入射方向45°設(shè)置,第一可移除反光鏡13的反射面與光路入射方向45°設(shè)置，第一物鏡6的后焦面與第一凸透鏡9的光程等于第一凸透鏡9的焦距f9，第一凸透鏡9的焦點落在第二光闌10上，第二光闌10和第二凸透鏡12的光程等于第二凸透鏡12的焦距Π2，第一光譜儀15的光纖探測頭在第一電機(jī)14的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息。樣品反射的光首先通過第一物鏡6進(jìn)行放大，入射光經(jīng)過分光片8垂直分離出去，然后通過設(shè)置于分光片8右端的共焦凸透鏡裝置發(fā)生傅里葉變換，共焦凸透鏡裝置包括第一凸透鏡9和第二凸透鏡12 ;經(jīng)過傅里葉變換的樣品反射光由第一光譜儀15的光纖探測頭接收，通過LabVIEW程序控制第一電機(jī)14移動光纖探測頭，使其垂直于入射光線軸線運動，第一光譜儀15獲得不同角度的傅里葉光譜信息；設(shè)置于共焦凸透鏡組焦平面上的第二光闌10，用于控制樣品實像對系統(tǒng)的影響，提高測試質(zhì)量；在第二凸透鏡12和第一電機(jī)14中間加入第一可移除反光鏡13,第一光譜儀15被屏蔽，光路垂直改變，由第一 CXD成像裝置17獲取樣品的實像，設(shè)置于第一可移除反光鏡13和第一 CXD成像裝置17之間的第三凸透鏡16，用于將樣品的傅里葉像變?yōu)閷嵪瘛?br> [0021]透射光路包括依次設(shè)置的第二物鏡18、第四凸透鏡19、第二反光鏡20、第三光闌21、第五凸透鏡22、第二可移除反光鏡23、第六凸透鏡26、第二 CXD成像裝置27，以及沿第二可移除反光鏡23的反射方向設(shè)置的第二光譜儀25,第二反光鏡20與光路入射方向45°設(shè)置，第二可移除反光鏡23的反射面與光路入射方向45°設(shè)置，第二物鏡18的后焦面與第四凸透鏡19的光程等于第四凸透鏡19的焦距Π9，第四凸透鏡19與第三光闌21的光程等于第四凸透鏡19的焦距,第五凸透鏡22的焦點落在第三光闌21上,第二光譜儀25的光纖探測頭在第二電機(jī)24的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息。樣品透射光首先經(jīng)過第二物鏡18進(jìn)行放大，然后經(jīng)過共焦凸透鏡組進(jìn)行傅里葉變換，共焦凸透鏡組包括第四凸透鏡19和第五凸透鏡22 ;設(shè)置于第四凸透鏡19和第五凸透鏡22焦平面上的第二光闌21，用于減少樣品實像對系統(tǒng)的影響，提高測試質(zhì)量；設(shè)置于第四凸透鏡19和第二光闌21的第二反光鏡20用于垂直改變光路走向；經(jīng)過傅里葉變換的樣品光通過第六凸透鏡26后轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵪?，由第?CXD成像裝置成像；在第五凸透鏡22和第六凸透鏡26之間加入第二可移除反光鏡23，第二 CXD成像裝置被屏蔽，由第二光譜儀25的光纖探測頭接收經(jīng)過傅里葉變換的樣品透射光，通過LabVIEW程序控制第二電機(jī)14移動光纖探測頭，使其垂直于入射光線軸線運動，第二光譜儀25獲得不同角度的傅里葉光譜信肩、O
[0022]綜上所述，本發(fā)明能夠測量微納光子晶體在反射和透射情況下的角分辨光譜信息，獲得微納光子晶體的表征信息，比如能譜帶特征、色散特性、透射特性等等，系統(tǒng)操作簡單，測量精準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種角分辨微納光譜分析裝置，其特征在于，該裝置包括入射光路、與所述入射光路的出射方向?qū)?zhǔn)的樣品臺(7)、用于接收微納光子晶體樣品的透射光并檢測透射角分辨光譜信息的透射光路、用于接收微納光子晶體樣品的反射光并檢測反射角分辨光譜信息的反射光路； 所述入射光路包括依次設(shè)置的光纖裝置(I)、準(zhǔn)直物鏡(2)、第一光闌(3)、線性偏振片(4)、可移除凸透鏡(5)、分光片(8)、第一物鏡(6)，所述分光片(8)的反射面面向第一物鏡(6)并與光路反射方向45°設(shè)置，第一物鏡(6)的出射方向?qū)?zhǔn)放置和調(diào)整樣品的樣品臺(7)，分光片(8)和第一物鏡(6)同時是反射光路的組成部分； 所述反射光路包括第一物鏡(6)、分光片(8)、沿所述分光片(8)的反射方向依次設(shè)置的第一凸透鏡(9)、第二光闌(10)、第一反光鏡(11)、第二凸透鏡(12)、第一可移除反光鏡(13)和第一光譜儀(15)，以及沿所述第一可移除反光鏡(13)的反射方向依次設(shè)置的第三凸透鏡(16)和第一 (XD成像裝置(17),所述第一反光鏡(11)與光路入射方向45°設(shè)置,所述第一可移除反光鏡(13)的反射面與光路入射方向45°設(shè)置，所述第一物鏡(6)的后焦面與第一凸透鏡(9)的光程等于第一凸透鏡(9)的焦距f9，第一凸透鏡(9)的焦點落在第二光闌(10)上，第二光闌(10)和第二凸透鏡(12)的光程等于第二凸透鏡(12)的焦距Π2，所述第一光譜儀(15)的光纖探測頭在第一電機(jī)(14)的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息； 所述透射光路包括依次設(shè)置的第二物鏡(18)、第四凸透鏡(19)、第二反光鏡(20)、第三光闌(21)、第五凸透鏡(22)、第二可移除反光鏡(23)、第六凸透鏡(26)、第二 CXD成像裝置(27)，以及沿所述第二可移除反光鏡(23)的反射方向設(shè)置的第二光譜儀(25)，所述第二反光鏡(20)與光路入射方向45°設(shè)置，所述第二可移除反光鏡(23)的反射面與光路入射方向45°設(shè)置，所述第二物鏡(18)的后焦面與第四凸透鏡(19)的光程等于第四凸透鏡(19)的焦距Π9，第四凸透鏡(19)與第三光闌(21)的光程等于第四凸透鏡(19)的焦距，第五凸透鏡(22)的焦點落在第三光闌(21)上，所述第二光譜儀(25)的光纖探測頭在第二電機(jī)(24)的控制下能夠垂直于入射光線軸線運動，實現(xiàn)接收不同角度樣品的傅里葉信息。
【文檔編號】G01N21/25GK103884659SQ201410057831
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】王永進(jìn), 方曉靜, 賀樹敏, 馮姣, 朱剛毅, 朱洪波 申請人:南京郵電大學(xué)