[發明專利]二維分辨掃描成像紅外調制光致發光光譜測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201410120925.X
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103913439A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 邵軍;陳熙仁
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

1.一種二維分辨掃描成像紅外調制光致發光光譜測試裝置，它包括傅立葉紅外變換紅外光譜系統（1）、調制與解調檢測系統（2）、泵浦光與信號收集系統（3）、樣品定位系統（4）和樣品平行校正系統（5），其特征在于：

所述的傅立葉紅外變換紅外光譜系統（1）具有步進掃描功能的光干涉儀部件（101），與干涉儀部件相聯用的單元探測器（102）和波段匹配的波段限制器（103），用于探測信號采集與處理的電路控制板（104）和控制臺計算機（105）；

所述的調制與解調檢測系統（2）包含機械斬波輪（201）、斬波控制器（202）和鎖相放大器（203）；機械斬波輪（201）的轉動頻率由斬波控制器（202）控制，同時斬波控制器（202）將頻率信號作為鎖相放大器（203）的參考信號饋入其參考信號輸入端，鎖相放大器（203）的輸入端和探測器（102）的輸出端相連接，鎖相放大器（203）的輸出端與電路控制板（104）的輸入端相連接；

所述的泵浦光與信號收集系統（3）包括激光器（301）、光聚焦（302）、共軸紅外信號收集（303）系統；激光器（301）產生光子能量大于待測樣品禁帶寬度的連續泵浦激光，該激光經過機械斬波輪（201）后再經過由組合透鏡組構成的光聚焦系統（302），其光斑可縮小至30微米的尺度，共軸紅外信號收集系統（303）實現PL部分信號的收集和向傅立葉紅外變換紅外光譜系統（1）的有效饋送；

所述的樣品定位系統（4）包括大負重微米級五軸機械調節與復位架（401）、安裝于調節架（401）上的光學杜瓦（402）、杜瓦內的待測樣品（403）、以及用于控制五軸調節架各軸之間獨立工作的控制器（404）；控制器（404）與傅立葉紅外變換紅外光譜系統（1）的控制臺計算機（105）相連接，以光譜系統掃描結束信號作為待測樣品（403）平面內移動的觸發信號，由控制臺計算機（105）饋入到調節架控制器（404）；

所述的樣品平行校正系統（5）包括分束器（501）、光闌（502）和激光定位單元（503）；一方面分束器（501）引導入射激光至待測樣品（403），另一方面入射到待測樣品（403）表面激光部分反射并經由分束器（501）和光闌（502）進入到激光定位單元（503），激光定位單元（503）與五軸調節架控制器（404）相連，依此確定五軸調節架（401）的二維角度控制，以保證掃描成像過程中激發光與樣品表面垂直、光斑大小以及相對于樣品表面前后位置恒定；

測試裝置通過泵浦光與信號收集系統（3）、樣品控溫與定位系統（4）、樣品平行校正系統（5）相結合工作模式，實現激發與共軸信號收集、激發光斑在樣品平面內二維掃描、掃描過程中激發光斑位置精確到微米級可控、光斑大小與功率密度恒定等功能，保證空間分辨和二維掃描成像紅外光致發光光譜測量的能量、強度、空間等多參數可靠性。

2.一種基于權利要求1所述裝置的二維空間分辨與掃描成像紅外調制光致發光光譜測量方法，其特征在于包括以下步驟：

[1].將載有待測樣品（403）的光學杜瓦（402）固定到大負重微米級五軸調節與復位架（401）上，并設定杜瓦內溫度為所需溫度；

[2].激光器（301）輸出穩定功率激光經過斬波輪（201）調制和光聚焦系統（302）照射到待測樣品（403）上；

[3].基于待測樣品（403）的部分反射激光在激光定位單元（503）的光斑位置，利用五維調節架的二維角度控制功能，調整待測樣品（403）表面的上下和左右傾角并根據樣品平行校正系統判斷，將樣品表面調整到恰好與入射激發光垂直；

[4].利用五維調節架的三維空間位置調節功能，沿激發光方向前后調節樣品位置，保證激發光在樣品表面的光斑符合測試要求；

[5].利用五維調節架的三維空間位置調節功能，設定待測樣品（403）表面空間分辨的初始位置，在每一光譜掃描結束時控制臺計算機（105）輸出信號至五軸調節架控制器（404），利用調節架的樣品表面二維空間位置調節功能，改變待測樣品（403）的位置；

[6].待測樣品（403）的光致發光信號經由共軸紅外信號收集系統（303）饋送、傅立葉變換紅外光譜系統（1）及探測器（102）轉化為電信號，饋入鎖相放大器（203）的輸入端，同時斬波控制器（202）的頻率信號作為鎖相放大器（203）的參考信號對探測器（102）的電信號進行相敏檢測解調，而后依次輸出到電路控制板（104）和控制臺計算機（105），經傅里葉變換，獲得該樣品空間點的PL光譜；

[7].控制臺計算機（105）同時向五維調節架控制器（404）發送樣品面空間位置改變指令，重復執行[6]、[7]操作，直至全部完成設定的二維掃描成像紅外調制PL光譜測試。