本申請涉及拉曼測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

由于拉曼信號本身極弱，拉曼光譜儀一般使用激光器作為激發(fā)光源，特別是對于紫外拉曼測量，由于物鏡將光聚焦在10um²以下的極小范圍內(nèi)，樣品被照射的區(qū)域的能量密度極高，會造成樣品局域溫度升高。例如：在《光譜學(xué)與光譜分析》2007年27卷第4期的《硅納米線拉曼光譜的研究》所提供的技術(shù)方案中，514nm的激光在2.5mW的激光功率下即可使15nm直徑的硅納米線加熱到600K以上。

激光的局域的熱效應(yīng)一方面會導(dǎo)致樣品產(chǎn)生的拉曼測量信號偏差，另一方面有可能會將樣品燒壞。因此在拉曼測量過程中，對樣品測量區(qū)域的溫度加以實時控制，可以有效的保證拉曼測量的準確性，同時避免樣品被燒壞。

對于現(xiàn)有技術(shù)中通常使用的控溫手段，在10um²以下的極小范圍內(nèi)實時監(jiān)控樣品的溫度極其困難。例如用熱電偶放置在樣品的下方進行測量，樣品受激光加熱區(qū)域極小，而拉曼測量的時間通常只有幾分鐘甚至幾十秒，樣品在測量期間很難達到熱平衡，并且即使達到熱平衡，由于溫度梯度的存在，熱電偶也無法準確測量出由激光加熱引起的實際局域溫度變化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷或不足，期望提供一種能通過較為準確地測量出拉曼測量過程中極小范圍的樣品測量區(qū)域的溫度，實現(xiàn)對樣品測量區(qū)域溫度進行實時控制的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時 控制系統(tǒng)和方法。

第一方面，本發(fā)明提供一種基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光源、連續(xù)可變衰減光學(xué)片、拉曼光譜儀、樣品臺和控制單元。

所述連續(xù)可變衰減光學(xué)片設(shè)置在所述光源和所述拉曼光譜儀之間，用于衰減所述光源產(chǎn)生的光信號。

所述拉曼光譜儀與所述控制單元連接，用于將所述光信號聚焦至所述樣品臺上的樣品以發(fā)生散射，采集所述散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，根據(jù)所述采集的信號計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度并發(fā)送至所述控制單元。所述散射至少包括拉曼散射。

所述控制單元與所述連續(xù)可變衰減光學(xué)片連接，用于比較所述測量區(qū)域溫度和所述控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果控制所述連續(xù)可變衰減光學(xué)片對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

第二方面，本發(fā)明還提供一種基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制方法，所述方法包括：

將光信號聚焦至樣品臺上的樣品以發(fā)生散射；所述散射至少包括拉曼散射；

采集所述散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號；

根據(jù)所述采集的信號計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度；

比較所述測量區(qū)域溫度和預(yù)先設(shè)置的控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果控制連續(xù)可變衰減光學(xué)片對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

本發(fā)明諸多實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)和方法通過采集拉曼散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，并根據(jù)采集的信號計算出樣品的測量區(qū)域溫度，從而通過調(diào)節(jié)連續(xù)可變衰減光學(xué)片實現(xiàn)對樣品的測量區(qū)域溫度的實時控制；

本發(fā)明一些實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)和方法通過陷波濾波片過濾散射信號得到斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，并通過光譜儀采集斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號的光譜強度，從而較為精確的計算出樣品的測量區(qū)域溫度；

本發(fā)明一些實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制 系統(tǒng)和方法通過計算機設(shè)置控制溫度，并根據(jù)測量區(qū)域溫度和控制溫度的比較結(jié)果驅(qū)動電動馬達調(diào)節(jié)連續(xù)可變衰減光學(xué)片，提供了實時反饋控制并可實時調(diào)節(jié)的控制機制。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本申請的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明一實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制方法的流程圖。

圖3為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S50的流程圖。

圖4為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S70的流程圖。

圖5為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S90的流程圖。

圖6為圖5所示步驟S90的一優(yōu)選實施方式的流程圖。

圖7為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法的優(yōu)選實施例的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本申請作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋相關(guān)發(fā)明，而非對該發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與發(fā)明相關(guān)的部分。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。

圖1為本發(fā)明一實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，在本實施例中，本發(fā)明所提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制系統(tǒng)包括光源10、連續(xù)可變衰減光學(xué)片20、拉曼 光譜儀30、樣品臺40和控制單元50。

連續(xù)可變衰減光學(xué)片20設(shè)置在光源10和拉曼光譜儀30之間，用于衰減光源10產(chǎn)生的光信號。

拉曼光譜儀30與控制單元50連接，用于將所述光信號聚焦至樣品臺40上的樣品以發(fā)生散射，采集所述散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，根據(jù)所述采集的信號計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度并發(fā)送至控制單元50。其中，所述散射至少包括拉曼散射。

控制單元50與連續(xù)可變衰減光學(xué)片20連接，用于比較所述測量區(qū)域溫度和所述控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果控制連續(xù)可變衰減光學(xué)片20對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

上述實施例通過采集拉曼散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，并根據(jù)采集的信號計算出樣品的測量區(qū)域溫度，從而通過調(diào)節(jié)連續(xù)可變衰減光學(xué)片實現(xiàn)對樣品的測量區(qū)域溫度的實時控制。

在一優(yōu)選實施例中，拉曼光譜儀30包括陷波濾波片301、物鏡302和光譜儀303。

陷波濾波片301用于將所述光信號反射向物鏡302，對物鏡302收集的散射信號進行過濾，得到所述斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號。

物鏡302設(shè)置在陷波濾波片301和樣品臺40之間，用于將所述光信號聚焦至樣品臺40上的樣品，使所述光信號與所述樣品發(fā)生散射，并收集散射信號。所述散射至少包括拉曼散射。

光譜儀303與控制單元50連接，用于接收陷波濾波片301過濾得到的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，分別采集所述斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號的光譜強度，根據(jù)所述采集的光譜強度計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度，并將所述測量區(qū)域溫度發(fā)送至控制單元50。

在一優(yōu)選實施例中，光譜儀303根據(jù)下列式計算得到所述樣品的測量區(qū)域溫度T：

其中，h為普朗克常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，I_S為所述斯托克斯分 量信號的光譜強度，I_as為所述反斯托克斯分量信號的光譜強度，v為所述光信號的頻率，v_i為拉曼散射頻移。

上述實施例通過陷波濾波片過濾散射信號得到斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號，并通過光譜儀采集斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號的光譜強度，從而較為精確的計算出樣品的測量區(qū)域溫度。

在一優(yōu)選實施例中，控制單元50包括計算機501、前置放大電路502和電動馬達503。

計算機501與光譜儀303連接，用于比較所述測量區(qū)域溫度和所述控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果輸出對應(yīng)的模擬信號至前置放大電路502。

前置放大電路502設(shè)置在計算機501和電動馬達503之間，用于接收所述模擬信號并向電動馬達503輸出對應(yīng)的輸出電壓。

電動馬達503與連續(xù)可變衰減光學(xué)片20連接，用于在所述輸出電壓的驅(qū)動下控制連續(xù)可變衰減光學(xué)片20對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

具體地，當(dāng)所述測量區(qū)域溫度高于所述控制溫度時，計算機501通過前置放大電路502驅(qū)動電動馬達503增大連續(xù)可變衰減光學(xué)片20的衰減量，穿過連續(xù)可變衰減光學(xué)片20、通過物鏡302聚焦至樣品上的光信號強度降低，測量區(qū)域溫度降低；

當(dāng)所述測量區(qū)域溫度低于所述控制溫度時，計算機501通過前置放大電路502驅(qū)動電動馬達503減小連續(xù)可變衰減光學(xué)片20的衰減量，穿過連續(xù)可變衰減光學(xué)片20、通過物鏡302聚焦至樣品上的光信號強度增大，測量區(qū)域溫度升高。

在一優(yōu)選實施例中，計算機501還用于設(shè)置所述控制溫度。

具體地，計算機501可通過鍵盤、鼠標、觸摸屏等外設(shè)隨時接收對所述控制溫度的設(shè)置，計算機501還可通過聯(lián)網(wǎng)接收經(jīng)過身份驗證的控制溫度設(shè)置指令。

在更多的實施例中，還可采用單片機等設(shè)備替換上述實施例中的計算機501，只要能實現(xiàn)比較所述測量區(qū)域溫度和所述控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果輸出對應(yīng)的模擬信號，以及接受控制溫度設(shè)置指令，即 可實現(xiàn)相同的技術(shù)效果，未超出本技術(shù)方案的保護范圍。

上述實施例通過計算機設(shè)置控制溫度，并根據(jù)測量區(qū)域溫度和控制溫度的比較結(jié)果驅(qū)動電動馬達調(diào)節(jié)連續(xù)可變衰減光學(xué)片，提供了實時反饋控制并可實時調(diào)節(jié)的控制機制。

圖2為本發(fā)明一實施例提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制方法的流程圖。

如圖2所示，在本實施例中，本發(fā)明提供的基于拉曼散射的測量區(qū)域溫度實時控制方法包括：

S30：將光信號聚焦至樣品臺上的樣品以發(fā)生散射。其中，所述散射至少包括拉曼散射。

S50：采集所述散射中的斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號。

S70：根據(jù)所述采集的信號計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度。

S90：比較所述測量區(qū)域溫度和預(yù)先設(shè)置的控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果控制連續(xù)可變衰減光學(xué)片對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

圖3為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S50的流程圖。

如圖3所示，在一優(yōu)選實施例中，步驟S50包括：

S501：收集散射信號。

S503：對所述散射信號進行過濾，得到所述斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號。

圖4為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S70的流程圖。

如圖4所示，在一優(yōu)選實施例中，步驟S70包括：

S701：分別采集所述斯托克斯分量信號和反斯托克斯分量信號的光譜強度。

S703：根據(jù)所述采集的光譜強度計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度。

在一優(yōu)選實施例中，所述根據(jù)所述采集的光譜強度計算出所述樣品的測量區(qū)域溫度包括根據(jù)下列式計算得到所述樣品的測量區(qū)域溫度T：

其中，h為普朗克常數(shù)，k為玻爾茲曼常數(shù)，I_S為所述斯托克斯分 量信號的光譜強度，I_as為所述反斯托克斯分量信號的光譜強度，v為所述光信號的頻率，v_i為拉曼散射頻移。

圖5為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法中步驟S90的流程圖。

如圖5所示，在一優(yōu)選實施例中，步驟S90包括：

S903：比較所述測量區(qū)域溫度和預(yù)先設(shè)置的控制溫度，并根據(jù)比較結(jié)果輸出對應(yīng)的模擬信號至所述前置放大電路。

S905：所述前置放大電路接收所述模擬信號并向所述電動馬達輸出對應(yīng)的輸出電壓。

S907：所述電動馬達在所述輸出電壓的驅(qū)動下控制連續(xù)可變衰減光學(xué)片對所述光信號進行調(diào)節(jié)。

圖6為圖5所示步驟S90的一優(yōu)選實施方式的流程圖。

如圖6所示，在一優(yōu)選實施例中，步驟S903之前還包括：

S901：設(shè)置控制溫度。

圖7為圖2所示測量區(qū)域溫度實時控制方法的優(yōu)選實施例的流程圖。

如圖7所示，在一優(yōu)選實施例中，步驟S30之前還包括：

S10：通過連續(xù)可變衰減光學(xué)片對光源產(chǎn)生的光信號進行衰減。

以上描述僅為本申請的較佳實施例以及對所運用技術(shù)原理的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本申請中所涉及的發(fā)明范圍，并不限于上述技術(shù)特征的特定組合而成的技術(shù)方案，同時也應(yīng)涵蓋在不脫離所述發(fā)明構(gòu)思的情況下，由上述技術(shù)特征或其等同特征進行任意組合而形成的其它技術(shù)方案。例如上述特征與本申請中公開的(但不限于)具有類似功能的技術(shù)特征進行互相替換而形成的技術(shù)方案。