[發明專利]一種可變角度反射測量裝置及其操作方法

有效

• 申請號: 201210067482.3
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102589698A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 汪力;馮輝;潘學聰
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G02B26/08
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及一種光學測量裝置，特別是涉及一種在時域雙光束關聯測量中，實現光程恒定可變角度反射測量的裝置。

背景技術

在很多涉及到雙光束關聯測量的場合，比如脈沖符合計數測量、時間分辨光譜測量、光學泵浦-探測分析和太赫茲時域光譜分析等領域，待測脈沖信號的時間特性分析通常由另一個不通過樣品、經不同光路傳播的取樣脈沖來提供時間基準，兩個脈沖之間必須保持一個確定和可控的時間關系。對于這類光學測量，對樣品的透射信號進行測量和分析，是最為常規的實驗測量方法。在透射測量中，對于使用最多的薄片狀樣品，在任何入射角下，信號和取樣脈沖之間相對確定的時間關系很容易保持，樣品位置在測量光路中的平移(或位置的不確定性)不會對測量產生實質性影響。但是，對于一些吸收很大、透射信號不能保證有效的測量動態范圍的樣品，或者透射信號和反射信號分別含有不關聯的獨立信息情況下，就必須進行反射測量。和通常的反射測量不同，對于上面提到的那些需要雙光束保持精確時間相關的場合，如果沒有特殊安排，當改變入射角時，從樣品反射出的信號就會改變傳播方向，而且在隨后的傳播過程中光程也會改變，這種情況的出現必然會使信號脈沖和取樣脈沖之間的時間關系變得復雜，甚至完全不可控。此外，在改變入射角時，樣品的反射面還可能產生空間平移(這是一個會普遍發生的情況)，即使通過光路安排保持經樣品反射后的傳播方向不變，信號脈沖的光程也會發生改變。在這種情況下，信號和取樣脈沖之間的時間確定性被破壞，即使采用標定程序對實驗數據進行后處理來恢復這個時間關系，也增加了數據的誤差來源和實驗操作的復雜性。所以，通過光路設計來避免這種情況發生，具有提高實驗效率、保證數據采集精度的作用。

以太赫茲時域光譜分析為例。太赫茲時域光譜(THz-TDS)是目前使用最為廣泛的太赫茲光譜分析方法，其中透射型太赫茲光譜儀已經成為一種標準實驗室分析技術，并已有商業儀器。但是，可變角度的反射型太赫茲時域光譜分析能力，無論在實驗室裝置還是商業儀器中，卻一直未能成為標準配置。其中的原因，就是這種測量需要在太赫茲信號脈沖和取樣測量脈沖之間維持確定的時間關系，而現有的各種實驗裝置(包括商業儀器)很難在改變入射角時，保證傳播方向和光程都不變。即使在純科學研究中，世界上實驗室中迄今所進行的反射太赫茲時域光譜分析，基本都是在在固定角度下進行的。

發明內容

因此，本發明的目的在于提供一種可變角度反射測量裝置，能夠在改變入射角時，光程的變化可以精確標定和校正，實現光程恒定的可變角度反射測量。

本發明提供一種可變角度反射測量裝置，包括：

分別獨立控制的第一旋轉臺和第二旋轉臺，這兩個旋轉臺的轉軸重合；

第一旋轉臺上的樣品支架，用于固定樣品，使樣品的反射面垂直于第一旋轉臺；

第一反射鏡，位于樣品支架的與第一旋轉臺相反的一側，該第一反射鏡的反射面和樣品的反射面垂直，且其反射面和樣品的反射面的交線與第一旋轉臺和第二旋轉臺的轉軸重合；

固定到第二旋轉臺上的第二反射鏡，用于反射從樣品發出的第一光束，并將該第一光束垂直于第二旋轉臺出射，形成第二光束，且該第二光束的出射方向與第二反射鏡位于第二旋轉臺的同側；

第三反射鏡，用于將從第二反射鏡出射的第二光束反射到第一反射鏡上。

根據本發明提供的裝置，包括位于第二旋轉臺上的懸臂，第二反射鏡位于該懸臂上。

根據本發明提供的裝置，其中所述第二反射鏡為離軸拋物面鏡。

根據本發明提供的裝置，其中所述第二反射鏡為平面反射鏡。

根據本發明提供的裝置，其中所述離軸拋物面鏡的焦點與聚焦到樣品表面的會聚光束的焦點重合。

根據本發明提供的裝置，還包括可翻轉反射鏡，其位于測量光路中，從第一反射鏡出射的光被多個反射鏡反射后入射到所述可翻轉反射鏡上。

根據本發明提供的裝置，其中在反射測量模式中，可翻轉反射鏡的角度使入射到可翻轉反射鏡上的光反射進入測量光路，同時阻擋從樣品透射的透射光進入測量光路。

根據本發明提供的裝置，其中在透射測量模式中，可翻轉反射鏡的反射面平行于測量光路，使從樣品透射的透射光進入測量光路。

本發明還提供一種上述裝置的操作方法，包括：

旋轉第一旋轉臺，使入射到樣品上的光束與樣品反射表面之間所呈的入射角為θ；

使第二旋轉臺向同一旋轉方向旋轉2θ角，使第二反射鏡反射從樣品反射的光。