[發明專利]反射式近場拉曼光譜儀測量頭

無效

• 申請號: 200710119272.3
• 申請日: 2007-07-19
• 公開（公告）號: CN101082585A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 王佳;許吉英;吳曉斌;王瑞;王陽;田芊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于納米光學、近場光學、光譜分析測試儀器技術領域，特別涉及反射式近場拉曼光譜儀測量頭的設計。

背景技術

近場拉曼光譜儀能夠實現樣品納米尺度局域拉曼光譜信號的測量，對納米尺度結構進行化學檢測與分析，是納米科技發展與納米科技產業化的急需儀器。

對于微弱的近場拉曼光譜信號測量，提高激發與收集效率極為重要。基于針尖增強的近場拉曼光譜儀是目前發展的最有前景的主流技術。目前的實驗系統通常是針對透明樣品測量的透射式測量系統，而實際待測樣品多為不透明的，必須采用反射式測量系統。在反射式近場拉曼光譜測量系統中，目前通常采用垂直方向激發/原光路收集、以一定角度落射激發/原光路收集、或是采用不同的收集光路以一定角度收集，近場拉曼光譜信號的激發與收集系統都是一些離散的分離元件，不便于搭建與調節，難以實現任意角度激發與信號收集。

發明內容

本發明的目的在于克服已有近場拉曼光譜儀不能以任意角度激發/任意角度收集方式測量近場拉曼光譜信號，難以搭建與調節的不足，提出了一種反射式近場拉曼光譜儀測量頭。該測量頭使用局域場增強無孔徑金屬納米探針對待測樣品進行近場距離掃描，可同時獲得待測樣品的納米尺度形貌像、超衍射分辨率近場拉曼光譜與近場拉曼光譜線像。使用聚光鏡能夠將引入其中的平行激發光束聚焦于無孔徑金屬納米探針針尖，激發光入射角度和近場拉曼光譜信號的收集角度分別可調，并且能夠從不同方向收集近場拉曼光譜信號，實現多種測量模式。本發明可以對樣品的納米尺度拉曼光譜信號的最佳激發與收集條件進行研究，有效提高近場拉曼光譜信號的激發效率與收集效率，從而提高信噪比與探測靈敏度。

本發明提供了一種反射式近場拉曼光譜儀測量頭，它的所有元件都緊湊地集中在一個整體頭部結構中。所述測量頭具有外殼，容納在外殼中的無孔徑金屬納米探針，以及用于測控探針與待測樣品間近場距離的元件，還包括構成一條垂直光路，一條傾斜角度激發光路和至少一條近場拉曼光譜信號的傾斜角度收集光路的多個反射鏡和聚光鏡，以及各光學鏡子的機械調節裝置；所述的垂直光路既可作為激發光路，也可作為近場拉曼光譜信號的收集光路，或是同時作為激發與收集光路；構成所述的傾斜角度激發光路和傾斜角度收集光路的各光學鏡子位于機械調節裝置上，以調節激發光的入射角度和近場拉曼光譜信號的收集角度，并且傾斜角度收集光路中的各光學鏡子及其機械調節裝置位于繞測量頭的中心軸旋轉的機械旋轉裝置上，以收集不同方向的近場拉曼光譜信號；所述各條光路組合使用實現多種測量模式；所述測量頭的外殼頂部設有多個接口，用于將平行激發光輸入測量頭和/或將各方向近場拉曼光譜信號輸出測量頭。

作為本發明的一種典型方式，所述的一條垂直光路位于測量頭的中心軸上，由一個高數值孔徑的聚光透鏡構成；所述的一條傾斜角度激發光路由用于會聚輸入測量頭的平行激發光的一個聚光透鏡和用于改變光傳播方向的一個平面反射鏡構成；所述的一條近場拉曼光譜信號的傾斜角度收集光路由用于改變近場拉曼光譜信號傳播方向的一個平面反射鏡和收集近場拉曼光譜信號的一個聚光透鏡構成；所述的三條光路上的三個聚光透鏡分別位于沿各自光軸方向調節的一維位移臺上，所述的兩個平面反射鏡分別位于三維位移調節與角度調節機械裝置上，以保證激發光與收集光的焦點位于探針針尖，并且激發光入射角度和近場拉曼光譜信號的收集角度可調；所述的傾斜角度收集光路上的一個平面反射鏡、一個聚光透鏡及各自的機械調節裝置位于繞測量頭的中心軸旋轉的機械旋轉裝置上，以沿相同方向繞測量頭的中心軸旋轉，從不同方向收集近場拉曼光譜信號。

作為本發明的另一種典型方式，所述的一條垂直光路位于測量頭的中心軸上，由一個高數值孔徑的聚光透鏡構成；所述的一條傾斜角度激發光路由用于改變輸入測量頭的平行激發光的傳播方向的一個平面反射鏡和用于會聚的一個凹球面反射鏡構成；所述的一條近場拉曼光譜信號的傾斜角度收集光路由用于收集近場拉曼光譜信號的一個凹球面反射鏡和用于改變近場拉曼光譜信號傳播方向的一個平面反射鏡構成；所述垂直光路上一個聚光透鏡位于沿光軸方向調節的一維位移臺上，所述傾斜角度激發光路與收集光路上的兩個平面反射鏡分別位于沿測量頭頂部接口處的光軸方向調節的一維位移臺上，兩個凹球面反射鏡分別位于三維位移調節與角度調節機械裝置上，以保證激發光與收集光的焦點位于探針針尖，并且激發光入射角度和近場拉曼光譜信號的收集角度可調；所述的傾斜角度收集光路上的一個平面反射鏡、一個凹球面反射鏡及各自的機械調節裝置位于繞測量頭的中心軸旋轉的機械旋轉裝置上，以分別沿相反方向繞測量頭的中心軸旋轉，從不同方向收集近場拉曼光譜信號。