[發(fā)明專(zhuān)利]紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件雙波長(zhǎng)激光熒光光譜儀

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110346722.9
• 申請(qǐng)日: 2011-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102519920A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧文淵;金春水;靳京城;常艷賀
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/64
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/64;G01J3/427
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專(zhuān)利商標(biāo)代理事務(wù)所 22210
• 代理人: 張偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜元件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件雙波長(zhǎng)激光熒光光譜儀。

背景技術(shù)

根據(jù)量子理論，原子或分子能帶包含一系列的分立能級(jí)結(jié)構(gòu)，當(dāng)物質(zhì)吸收電磁輻射后，原子或分子的基態(tài)或低能級(jí)電子被激發(fā)到較高的能級(jí)，形成激發(fā)態(tài)的原子或分子，處于激發(fā)態(tài)的原子或分子通過(guò)輻射躍遷過(guò)程，將發(fā)射出與激發(fā)光波長(zhǎng)相同或更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，即所謂的熒光，這就是熒光現(xiàn)象產(chǎn)生的原理。當(dāng)原子或分子包含的能級(jí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜時(shí)，將產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的熒光，形成光譜。因此，熒光光譜作為物質(zhì)的一種本征特性，通過(guò)對(duì)物質(zhì)受激發(fā)后輻射出的不同波長(zhǎng)輻射強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，即熒光光譜分析，可以精確獲得物質(zhì)的組成、含量及狀態(tài)信息。此外由于熒光光譜測(cè)試是在一個(gè)非常低的暗背景中進(jìn)行，與吸收光譜等相比，熒光光譜測(cè)試的靈敏度更高。正是基于上述因素，熒光光譜技術(shù)已經(jīng)成為在物理、化學(xué)、生物及材料等領(lǐng)域十分重要的一種分析技術(shù)。

隨著技術(shù)和需求的不斷擴(kuò)展，紫外與深紫外波段光學(xué)薄膜元件的研究與應(yīng)用正變得越來(lái)越重要。然而由于紫外與深紫外波段接近大多數(shù)可用介質(zhì)薄膜材料的能級(jí)禁帶，薄膜材料的本征吸收更加嚴(yán)重，同時(shí)薄膜制備過(guò)程中引入的各種雜質(zhì)和缺陷對(duì)薄膜的影響也要比對(duì)可見(jiàn)波段薄膜的影響更加嚴(yán)重，尤其是在薄膜材料能帶尾形成的各種缺陷是嚴(yán)重影響制約紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件的主要因素之一。利用熒光光譜技術(shù)探測(cè)紫外與深紫外光學(xué)薄膜與元件內(nèi)部的各種痕量雜質(zhì)和缺陷態(tài)，是深入了解評(píng)價(jià)紫外與深紫外光學(xué)薄膜與元件光學(xué)性能、進(jìn)而摸索改善紫外與深紫外光學(xué)薄膜制備與處理工藝的重要手段，具有重要的實(shí)際意義。

目前能夠應(yīng)用到紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件的熒光光譜儀器，主要都是采用高壓放電弧光燈，如Xe燈，作為熒光光譜儀的光源。利用上面所述的寬譜光源通用熒光光譜儀，無(wú)論是采用Xe燈還是D₂燈作光源，進(jìn)行紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件熒光光譜測(cè)量均存在一些明顯的不足。這些不足除了熒光光譜儀的工作覆蓋波長(zhǎng)不夠?qū)挘邕@些寬譜光源的短波工作下限一般都是截止到200nm，無(wú)法滿(mǎn)足193nm光學(xué)薄膜研究的需要之外，主要的問(wèn)題是熒光探測(cè)的靈敏度較低，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。造成熒光探測(cè)靈敏度較低的原因包括：紫外與深紫外光學(xué)薄膜的厚度很薄，相應(yīng)的熒光信號(hào)較弱；寬譜光源在200-800nm之間的發(fā)光強(qiáng)度非常不均勻，尤其是在250nm左右及以下的紫外與深紫外波段的激發(fā)強(qiáng)度更低，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在可見(jiàn)波段的激發(fā)強(qiáng)度；寬譜光源需要進(jìn)行光柵分光，會(huì)導(dǎo)致激發(fā)光能量的相應(yīng)損失，尤其是光譜的帶寬較小的情況下；同時(shí)采用光柵分光，光柵高級(jí)效應(yīng)等導(dǎo)致的濾光不充分的光源本身信號(hào)會(huì)對(duì)熒光信號(hào)產(chǎn)生干擾。上述因素疊加在一起，會(huì)嚴(yán)重降低紫外與深紫外波段熒光探測(cè)的靈敏度，進(jìn)而降低紫外與深紫外波段熒光光譜探測(cè)在紫外與深紫外光學(xué)薄膜研究中的實(shí)用意義。

與Xe燈等弧光放電寬譜光源不同，激光光源具有單色性和強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此采用激光作為熒光光譜儀的光源，將極大地提高熒光光譜的探測(cè)靈敏度，從而解決寬譜光源熒光光譜儀存在的不足，很好地滿(mǎn)足紫外與深紫外光學(xué)薄膜研究的需要。然而，由于材料能級(jí)結(jié)構(gòu)多且復(fù)雜，以及不同材料的能級(jí)結(jié)構(gòu)不同等原因，如果僅僅采用單一波長(zhǎng)的激光作為熒光光譜的光源，有時(shí)并不能很好地滿(mǎn)足不同薄膜材料測(cè)試的需要，通過(guò)在整個(gè)紫外與深紫外波段選擇合適波長(zhǎng)的雙激光將可以很好地克服單波長(zhǎng)激光光源熒光光譜儀存在的問(wèn)題，滿(mǎn)足不同紫外與深紫外光學(xué)薄膜研究的需要。

現(xiàn)有包含寬譜光源的紫外-可見(jiàn)熒光光譜儀，其基本的結(jié)構(gòu)如圖1所示，這也是目前應(yīng)用最多的熒光光譜儀。寬譜光源熒光光譜儀主要包括寬譜光源、激發(fā)光單色器、樣品室、熒光單色器、光電檢測(cè)系統(tǒng)等組成。其中激發(fā)光單色器一般是由色散光柵和狹縫組成，用于將寬譜光源不同帶寬和波長(zhǎng)的光分開(kāi)，即選擇激發(fā)波長(zhǎng)和帶寬。熒光單色器同樣是由色散光柵和狹縫組成，但是用于將熒光光譜中不同帶寬和波長(zhǎng)的光分開(kāi)，即選擇探測(cè)熒光波長(zhǎng)和帶寬。光電檢測(cè)系統(tǒng)一般是由高靈敏度的光電倍增管以及相應(yīng)的電路等組成。此類(lèi)熒光光譜儀的基本工作過(guò)程是由激發(fā)光單色器將寬譜光源不同帶寬和波長(zhǎng)的光分開(kāi)，選擇所需的激發(fā)波長(zhǎng)和帶寬，同時(shí)由熒光單色器將產(chǎn)生的熒光光譜中不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)，并由光電探測(cè)系統(tǒng)依次探測(cè)所需范圍內(nèi)的不同波長(zhǎng)熒光強(qiáng)度，由此得到熒光光譜。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不能很好地滿(mǎn)足不同薄膜材料測(cè)試的需要、易對(duì)熒光信號(hào)產(chǎn)生干擾和發(fā)光強(qiáng)度非常不均勻等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種紫外與深紫外光學(xué)薄膜元件雙波長(zhǎng)激光熒光光譜儀，將解決現(xiàn)在技術(shù)存在的問(wèn)題。