相变薄膜微区光谱测量装置和测量方法
专利汇可以提供相变薄膜微区光谱测量装置和测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种 相变 薄膜 微区 光谱 测量装置和测量方法，该装置由 光源 、光阑、斩光器、第二半反半透镜、第三半反半透镜、物镜、成像透镜、第一透镜、第一光谱仪、第一光电探测器、 锁 相 放大器 、第二光电探测器、第二光谱仪、第二透镜、第三透镜、声光器件、第四透镜、扩束镜、 激光器 和计算机构成，本 发明 可以测试待测样品在激光不同激 发条 件下，包括不同激光功率、脉宽、重复 频率 、作用次数的激光诱导相变前后的微区 透射光 谱和反射光谱。可用于评价相变薄膜的微区光学响应特性和光热 稳定性 。，下面是相变薄膜微区光谱测量装置和测量方法专利的具体信息内容。
1、一种相变薄膜微区光谱测量装置，其特征在于：该装置由光源(1)、光阑 (2)、斩光器(3)、第二半反半透镜(5)、第三半反半透镜(6)、物镜(7)、成像透 镜(9)、第一透镜(10)、第一光谱仪(11)、第一光电探测器(12)、锁相放大器 (13)、第二光电探测器(14)、第二光谱仪(15)、第二透镜(16)、第三透镜(17)、 声光器件(18)、第四透镜(19)、扩束镜(20)、激光器(21)和计算机(24)构 成，其位置关系如下：由所述的光源(1)出射的光经光阑(2)，通过斩光器(3) 的调制，再依次经过第二半反半透镜(5)、第三半反半透镜(6)透过的光经过物镜(7) 聚焦照射到样品台上的样品(8)的表面上，透过所述的样品(8)的光经过成像透 镜(9)和第一透镜(10)进入第一光谱仪(11)，光谱信号由第一光电探测器(12) 探测；被所述的样品(8)反射的光经过所述的物镜(7)返回成像，然后经所述的 第三半反半透镜(6)的反射后，经第二透镜(16)的聚焦进入所述的第二光谱仪(15)， 光谱的信号由第二光电探测器(14)探测，所述的第一光电探测器(12)和第二光 电探测器(14)的输出端与锁相放大器(13)的输入端相连，所述的第一光电探测 器(12)和第二光电探测器(14)的第二输出端与计算机(24)相连，该计算机(24) 的输出端接所述的锁相放大器(13)的第三输入端，该锁相放大器(13)参考输入 端接所述的斩光器(3)，在所述的第二半反半透镜(5)的反射光方向依次是第三 透镜(17)、声光器件(18)、第四透镜(19)、扩束镜(20)和激光器(21)。
2、根据权利要求1所述的相变薄膜微区光谱测量装置，其特征在于所述的待 测样品(8)置于三维平移台上。
3、根据权利要求1所述的相变薄膜微区光谱测量装置，其特征在于在所述的 斩光器(3)和第二半反半透镜(5)之间设有第一半反半透镜(4)，在所述的第一半 反半透镜(4)的反射光方向依次有衰减片(22)和CCD探测器(23)。
4、根据权利要求1所述的相变薄膜微区光谱测量装置，其特征在于在所述的 激光器(21)是He-Ne激光器。
5、利用权利要求1所述的相变薄膜微区光谱测量装置进行相变薄膜微区光谱测 量的方法，其特征在于包括下列步骤：
①用信号线将所述的斩光器(3)的频率输出信号输出端与锁相放大器(13) 的参考输入端相连；将第一光电倍增管(12)和第二光电倍增管(14)的信号输出 端与所述的锁相放大器(13)的信号输入端相连；用串口线将第一光谱仪(11)、 第二光谱仪(15)和锁相放大器与计算机(24)的串口相连；
②顺次开启各仪器的电源，打开计算机(24)上的控制软件，保证串口连接； 设置第一光谱仪(11)、第二光谱仪(15)和锁相放大器(13)的参数，启动第一 光谱仪(11)和第二光谱仪(15)使光栅复位，待光源稳定，调整光路；
③在所述的三维平移台上先不放置待测样品(8)，第一光电倍增管(12)探测 所述的第一光谱仪(11)，记录透过的基准信号，并将该透过的基准信号数据存储 在所述的计算机(24)硬盘上；
④在所述的三维平移台上放置一反射镜，调整第二透镜(16)，使由反射镜反 射的光经所述的第三半反半透镜(6)的反射、由第二透镜(16)聚焦后进入所述的 第二光谱仪(15)的狭缝，由第二光电倍增管(14)探测所述的第二光谱仪(15) 的光谱，获得反射的基准信号，并将该反射的基准信号数据存储在所述的计算机 (24)硬盘上；
⑤在所述的三维平移台上放置所述的待测样品(8)，通过微调使光源光束的焦 点聚焦在待测样品(8)的表面，并适当前后调整所述的第一透镜(10)，使光斑照 射在第一光谱仪(11)的狭缝上，以收集到更强的光信号，设置扫描范围，把透射 光谱扫描并通过第一光电倍增管(12)记录下来，所获得的待测样品(8)的透射 光谱数据保存在所述的计算机(24)硬盘上；
⑥调整第二透镜(16)，使光斑照射在第二光谱仪(15)的狭缝上，以收集到 更强的光信号，设置扫描范围，把反射光谱扫描并通过第二光电倍增管(14)记录 下来，所获得的待测样品(8)的反射光谱数据保存在所述的计算机(24)的硬盘 上；
⑦计算机(24)将待测样品的透射光谱数据与透射基准信号进行除法运算得到 透射率谱；
⑧计算机(24)将待测样品的反射光谱数据谱与所述的反射基准信号进行除法 运算得到反射率谱。
6、根据权利要求5所述的相变薄膜微区光谱测量的方法，其特征在于还包括下 列步骤，以获得激光辐照微区后的光谱：
⑨开启所述的激光器(21)，激光经所述的扩束镜(20)、第四透镜(19)、声 光器件(18)和第三透镜(17)，激光的脉宽由所述的声光器件(18)的函数发生 器控制，经过调制的激光照射在待测样品(8)上的位置和所述的光源(1)的光束 的照射的位置重合：
⑩再重复所述的④～⑧步骤，又获得激光辐照微区后的透射率谱和反射率谱。
技术领域
本发明涉及光学薄膜，特别是一种相变薄膜微区光谱测试装置和测量方法。
技术背景
光谱的变化源于物质结构的相变，因此通过物质光谱的测量可以研究物质结构 的变化。而普通光谱仪对于微米量级尺寸的微小区域的测量往往误差很大。对于相 变薄膜材料，一般是通过加热退火的方法研究结构相变，但是如果用微小激光束加 热，用普通光谱仪进行测量则很难实现微小相变区域定位。文献(参见文献1，郭 红莲，程丙英等，微区光谱技术在细胞生物学中的应用，量子电子学报，Vol.19，No3， 2002：223-225)报道了一种用于细胞微区测量的光谱仪。虽然可以用于微小尺寸待测 样品的光谱分析，但对于相变材料的微小结构分析同样存在上述问题。
发明内容
本发明的技术解决方案是：
一种相变薄膜微区光谱测量装置，其特点是：该装置由光源、光阑、斩光器、 第二半反半透镜、第三半反半透镜、物镜、成像透镜、第一透镜、第一光谱仪、第 一光电探测器、锁相放大器、第二光电探测器、第二光谱仪、第二透镜、第三透镜、 声光器件、第四透镜、扩束镜、激光器和计算机构成，其位置关系如下：由所述的 光源出射的光经光阑，通过斩光器的调制，再依次经过第二半反半透镜、第三半反 半透镜透过的光经过物镜聚焦照射到样品台上的样品的表面上，透过所述的样品的 光经过成像透镜和第一透镜进入第一光谱仪，光谱信号由第一光电探测器探测；被 所述的样品反射的光经过所述的物镜返回成像，然后经所述的第三半反半透镜的反 射后，经第二透镜的聚焦进入所述的第二光谱仪，光谱的信号由第二光电探测器探 测，所述的第一光电探测器和第二光电探测器的输出端与锁相放大器的输入端相 连，所述的第一光电探测器和第二光电探测器的第二输出端与计算机相连，该计算 机的输出端接所述的锁相放大器的第三输入端，该锁相放大器参考输入端接所述的 斩光器，在所述的第二半反半透镜的反射光方向依次是第三透镜、声光器件、第四 透镜、扩束镜和激光器。
所述的待测样品置于三维平移台上。
在所述的斩光器和第二半反半透镜之间设有第一半反半透镜，在所述的第一半 反半透镜的反射光方向依次有衰减片和CCD探测器。
所述的激光器是He-Ne激光器。
利用上述的相变薄膜微区光谱测量装置进行相变薄膜微区光谱测量的方法，包 括下列步骤：
①用信号线将所述的斩光器的频率输出信号输出端与锁相放大器的参考输入 端相连；将第一光电倍增管和第二光电倍增管的信号输出端与所述的锁相放大器的 信号输入端相连；用串口线将第一光谱仪、第二光谱仪和锁相放大器与计算机的串 口相连；
②顺次开启各仪器的电源，打开计算机上的控制软件，保证串口连接；设置第 一光谱仪、第二光谱仪和锁相放大器的参数，启动第一光谱仪和第二光谱仪使光栅 复位，待光源稳定，调整光路；
③在所述的三维平移台上先不放置待测样品，第一光电倍增管探测所述的第一 光谱仪，记录透过的基准信号，并将该透过的基准信号数据存储在所述的计算机硬 盘上；
④在所述的三维平移台上放置一反射镜，调整第二透镜，使由反射镜反射的光 经所述的第三半反半透镜的反射、由第二透镜聚焦后进入所述的第二光谱仪的狭 缝，由第二光电倍增管探测所述的第二光谱仪的光谱，获得反射的基准信号，并将 该反射的基准信号数据存储在所述的计算机硬盘上；
⑤在所述的三维平移台上放置所述的待测样品，通过微调使光源光束的焦点聚 焦在待测样品的表面，并适当前后调整所述的第一透镜，使光斑照射在第一光谱仪 的狭缝上，以收集到更强的光信号，设置扫描范围，把透射光谱扫描并通过第一光 电倍增管记录下来，所获得的待测样品的透射光谱数据保存在所述的计算机硬盘 上；
⑥调整第二透镜，使光斑照射在第二光谱仪的狭缝上，以收集到更强的光信号，
设置扫描范围，把反射光谱扫描并通过第二光电倍增管记录下来，所获得的待测样 品的反射光谱数据保存在所述的计算机的硬盘上；
⑦计算机将待测样品的透射光谱数据与透射基准信号进行除法运算得到透射率 谱；
⑧计算机将待测样品的反射光谱数据谱与所述的反射基准信号进行除法运算得 到反射率谱。
为了获得激光辐照微区后的光谱，还包括下列步骤，：
⑨开启所述的激光器，激光经所述的扩束镜、第四透镜、声光器件和第三透镜， 激光的脉宽由所述的声光器件的函数发生器控制，经过调制的激光照射在待测样品 上的位置和所述的光源的光束的照射的位置重合：
⑩再重复所述的④～⑧步骤，又获得激光辐照微区后的透射率谱和反射率谱。 所述的待测样品置于三维平移台上。
本发明的技术效果：
1、本测试装置可以测试薄膜待测样品的微区光谱，包括微区透射光谱和反射 光谱。可以用不同数值孔径的物镜改变微区范围，在本例中利用数值孔径0.65的 物镜，其最小测试范围可到3微米。可以通过CCD观察系统，实时观察待测样品表 面。
2、本测试装置可以原位测试激光诱导相变材料微小相变区域的透射光谱和反 射光谱，在本测试装置中加入了可变脉宽的激光激励系统；激光经过扩束聚焦后进 入声光调制器，调制的脉宽可由控制声光器件的函数发生器控制。经过调制的激光 照射在待测样品上的位置和光源照射的位置重合。这样可以测试待测样品在激光不 同激发条件下，包括不同激光功率、脉宽、重复频率、作用次数的激光诱导相变前 后的微区透射光谱和反射光谱。
3、本发明装置在所述的第一半反半透镜的反射光方向依次有衰减片和CCD探 测器，在测量过程中可通过CCD原位观察待测样品薄膜变化。
4、该装置利用锁相放大器提高信号的信噪比，以利测量噪声中的微弱信号。
附图说明
图1为本发明相变薄膜微区光谱测量装置实施例的结构示意图
图2为用本发明光谱仪测量一种相变薄膜材料的透射光谱
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本发明相变薄膜微区光谱测量装置实施例的结构示意图， 本实施例相变薄膜微区光谱测量装置，该装置由光源、光阑、斩光器、第一半反半 透镜4、第二半反半透镜5、第三半反半透镜6、物镜7、成像透镜9、第一透镜10、 第一光谱仪11、第一光电探测器12、锁相放大器13、第二光电探测器14、第二光 谱仪15、第二透镜16、第三透镜17、声光器件18、第四透镜19、扩束镜20、激 光器21、衰减片22、CCD探测器23和计算机24构成，其位置关系如下：由所述的 光源1出射的光经光阑2，通过斩光器3的调制，再依次经过第二半反半透镜5、 第三半反半透镜6透过的光经过物镜7聚焦照射到样品台上的样品8的表面上，透 过所述的样品8的光经过成像透镜9和第一透镜10进入第一光谱仪11，光谱信号 由第一光电探测器12探测；被所述的样品8反射的光经过所述的物镜7返回成像， 然后经所述的第三半反半透镜6的反射后，经第二透镜16的聚焦进入所述的第二 光谱仪15，光谱的信号由第二光电探测器14探测，所述的第一光电探测器12和第 二光电探测器14的输出端与锁相放大器13的输入端相连，所述的第一光电探测器 12和第二光电探测器14的第二输出端与计算机24相连，该计算机24的输出端接 所述的锁相放大器13的第三输入端，该锁相放大器13参考输入端接所述的斩光器 3，在所述的第一半反半透镜4的反射光方向依次有衰减片22和CCD探测器23，在 所述的第二半反半透镜5的反射光方向依次是第三透镜17、声光器件18、第四透 镜19、扩束镜20和激光器21。
所述的待测样品8置于三维平移台上。所述的激光器(21)是He-Ne激光器。
利用所述的相变薄膜微区光谱测量装置实施例进行相变薄膜微区光谱测量的方 法，包括下列步骤：
①用信号线将所述的斩光器3的频率输出信号输出端与锁相放大器13的参考 输入端相连；将第一光电倍增管12和第二光电倍增管14的信号输出端与所述的锁 相放大器13的信号输入端相连；用串口线将第一光谱仪11、第二光谱仪15和锁相 放大器13与计算机24的串口相连；
②顺次开启各仪器的电源，打开计算机24上的控制软件，保证串口连接；设 置第一光谱仪11、第二光谱仪15和锁相放大器13的参数，启动第一光谱仪11和 第二光谱仪15使光栅复位，待光源稳定，调整光路；
③在所述的三维平移台上先不放置待测样品8，第一光电倍增管12探测所述的 第一光谱仪11，记录透过的基准信号，并将该透过的基准信号数据存储在所述的计 算机24硬盘上；
④在所述的三维平移台上放置一反射镜，调整第二透镜16，使由反射镜反射的 光经所述的第三半反半透镜6的反射、由第二透镜16聚焦后进入所述的第二光谱 仪15的狭缝，由第二光电倍增管14探测所述的第二光谱仪15的光谱，获得反射 的基准信号，并将该反射的基准信号数据存储在所述的计算机24硬盘上；
⑤在所述的三维平移台上放置所述的待测样品8，通过微调使光源光束的焦点 聚焦在待测样品8的表面，并适当前后调整所述的第一透镜10，使光斑照射在第一 光谱仪11的狭缝上，以收集到更强的光信号，设置扫描范围，把透射光谱扫描并 通过第一光电倍增管12记录下来，所获得的待测样品8的透射光谱数据保存在所 述的计算机24硬盘上；
⑥调整第二透镜16，使光斑照射在第二光谱仪15的狭缝上，以收集到更强的 光信号，设置扫描范围，把反射光谱扫描并通过第二光电倍增管14记录下来，所 获得的待测样品8的反射光谱数据保存在所述的计算机24的硬盘上；
⑦计算机24将待测样品的透射光谱数据与透射基准信号进行除法运算得到透 射率谱；
⑧计算机24将待测样品的反射光谱数据谱与所述的反射基准信号进行除法运 算得到反射率谱。
为了获得激光辐照微区后的光谱，所述的相变薄膜微区光谱测量的方法还包括 下列步骤：
⑨开启所述的激光器21，激光经所述的扩束镜20、第四透镜19、声光器件18 和第三透镜17，激光的脉宽由所述的声光器件18的函数发生器控制，经过调制的 激光照射在待测样品8上的位置和所述的光源1的光束的照射的位置重合：
⑩再重复上述的④～⑧步骤，又获得激光辐照微区后的透射率谱和反射率谱。
图2为用本发明光谱仪测量一种相变薄膜材料的透射光谱，其光斑约为4微米。 其中曲线1为激光照射前的透射谱，曲线2为照射后的透射谱线。
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