[发明专利]一种窄波段高分辨力微型红外光谱仪

说明书

本发明涉及一种窄波段高分辨力微型红外光谱仪，用于采集被测红外光信号的光谱数据，包括狭缝(2)、反射式准直镜(3)、平面反射闪耀光栅(4)、平面反射镜(5)、反射式聚焦镜(6)、凸面柱面透镜(7)、线阵探测器及驱动电路(8)，其中，被测红外光信号经过所述狭缝(2)后由所述准直镜(3)准直与方向转折；所述平面反射闪耀光栅(4)以不同的衍射角输出不同波长的反射光束；反射光束经所述平面反射镜(5)反射后，由所述聚焦镜(6)和所述凸面柱面透镜(7)将不同波长的反射光束分别进行聚焦，输出到所述线阵探测器及驱动电路(8)；所述线阵探测器驱动电路(8)用于采集光谱数据，经由驱动电路发送至计算机。

技术领域

本发明涉及红外光谱仪技术，特别是涉及一种窄波段高分辨力微型红外光谱仪。

背景技术

亚毫米级材料的厚度测量是现今芯片工业中的重要课题。大多数先进的芯片或者传感器都是以亚毫米级材料为衬底，在其上进行薄膜沉积制造的。此类器件中的厚度均匀性以及厚度本身与器件性能直接相关，因此对亚毫米级材料厚度的实时把控尤为重要。

在亚毫米级材料厚度测量中，利用波段为1500～1600nm的红外光，搭建相应的光学系统，能够实现从亚毫米级到微米级的大范围厚度的快速测量，且装置简单，易于集成。然而，该测量方式目前在光谱数据分析方面还有所欠缺，需要一台既在所需波段拥有超高分辨力，又能够对光谱数据进行实时在线分析，并且小巧便携，能够与测厚系统进行集成的红外光谱仪。

现有的红外光谱仪对检测样本进行光谱检测，通常有以下两种方式：一是在红外光谱仪内部设有光谱数据分析模块，其能够在采集光谱信号后实时给出检测结果，但是这种红外光谱仪的体积较大，操作人员不便于携带，一般需要将检测样本送至实验室进行光谱检测；二是红外光谱仪仅对光谱信号进行采集，生成对应的光谱信息图并进行保存，操作人员将保存有光谱信息图的红外光谱仪带回实验室进行数据分析，这种方式虽然能够减小红外光谱仪的体积以便于操作人员携带，但无法实现光谱数据的实时分析。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种窄波段高分辨力微型红外光谱仪，具有结构简单，体积紧凑并且更适合实时在线测量。技术方案如下：

一种窄波段高分辨力微型红外光谱仪，用于采集被测红外光信号的光谱数据，包括狭缝(2)、反射式准直镜(3)、平面反射闪耀光栅(4)、平面反射镜(5)、反射式聚焦镜(6)、凸面柱面透镜(7)、线阵探测器及驱动电路(8)，其中，被测红外光信号经过所述狭缝(2)后由所述准直镜(3)准直与方向转折；所述平面反射闪耀光栅(4)以不同的衍射角输出不同波长的反射光束；反射光束经所述平面反射镜(5)反射后，由所述聚焦镜(6)和所述凸面柱面透镜(7)将不同波长的反射光束分别进行聚焦，输出到所述线阵探测器及驱动电路(8)；所述线阵探测器驱动电路(8)用于采集光谱数据，经由驱动电路发送至计算机。

进一步地，狭缝(2)为宽度不大于5um的精密狭缝。

进一步地，平面反射闪耀光栅(4)选用光栅线对数为600/mm，闪耀波长为1600nm的平面反射闪耀光栅。

进一步地，反射式准直镜(3)选用前表面曲率半径为-304.8mm的凹面反射镜；反射式聚焦镜(6)选用厚度为6mm，前表面曲率半径为-152.4mm；凸面柱面透镜(7)选用前表面曲率半径为0，后表面曲率半径为9.8mm的凸面柱面透镜。

进一步地，准直镜(3)的前表面法线相对入射光倾斜角度为-7.5°，到平面反射闪耀光栅(4)的距离为140mm；平面反射闪耀光栅(4)的前表面法线相对入射光倾斜角度为0°；平面反射镜(5)的前表面法线相对入射光倾斜角度为-23.4°；聚焦镜(6)的前法线相对入射光倾斜角度为20.1°；凸面柱面透镜(7)的前表面法线相对入射光倾斜角度为0°。