[发明专利]相变薄膜微区光谱测量装置和测量方法

说明书

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

本发明的目的是提供一种相变薄膜微区光谱测量装置和测量方法，该装置不仅可以测量待测样品微米量级的微小区域的透射和反射，还可以实时原位测量受激光照射前后相变材料的光谱。

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：