[發明專利]基于全反射鏡的二維光譜測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201510067863.5
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104614072A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 劉軍;黃政
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G01J3/45
• 分類號: G01J3/45;G01N21/25
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

1.一種基于全反射鏡的二維光譜測量裝置，特征在于其構成包括：分束擋板(1)、方形柱體四面反射鏡(2)、第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)、第四延時反射鏡(6)、空間濾波器(7)、衰減片(8)、第一凹面反射鏡(9)、樣品(10)、第二凹面反射鏡(11)、擋光板(12)和光譜測量裝置(13)，所述的方形柱體四面反射鏡(2)是方形柱體四個外側面均為反射鏡的反射體，所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)、第四延時反射鏡(6)均由兩個反射鏡面構成，兩個鏡面之間的角度相等，沿入射激光的方向依次是所述的分束擋板(1)和方形柱體四面反射鏡(2)，所述的入射激光光束的中心與所述的分束擋板(1)上四個小孔組成的矩形的中心重合，所述的方形柱體四面反射鏡(2)的軸線豎直且一相對的邊棱與過所述的分束擋板(1)的中心的對稱軸共平面，在所述的方形柱體四面反射鏡(2)的兩側的上下分別設置所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)和第四延時反射鏡(6)，所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)和第四延時反射鏡(6)分別安裝在各自的可控平移臺上，使由所述的入射激光經所述的分束擋板(1)的四個小孔出射的四束平行光束：參考光束、a光束、b光束和c光束，分別入射并經所述的方形柱體四面反射鏡(2)兩鄰面反射，再分別經所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)和第四延時反射鏡(6)反射射向到所述的方形柱體四面反射鏡(2)的另兩鄰面，反射后仍為四束平行光束，在該四束平行光束方向依次是所述的空間濾波器(7)、第一凹面反射鏡(9)、樣品(10)、第二凹面反射鏡(11)、擋光板(12)和光譜測量裝置(13)，所述的第一凹面反射鏡(9)和第二凹面反射鏡(11)相對且共焦平面，所述的樣品(10)位于第一凹面反射鏡(9)和第二凹面反射鏡(11)的共焦平面處，所述的衰減片(8)處于所述的樣品(10)之前的參考光路上，所述的四束激光入射到第一凹面反射鏡(9)上聚焦到樣品(10)上，經過樣品(10)的四束激光又經過第二凹面反射鏡(11)重新變為四束平行光束，該四束平行光束經過所述的擋光板(12)后，只讓所述的參考光和信號光通過，最后入射到光譜儀(13)。

2.根據權利要求1所述的二維光譜測量裝置，其特征在于所述的所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)、第四延時反射鏡(6)均由兩個反射鏡面構成，兩個鏡面之間的角度為直角。

3.利用權利要求1所述的二維光譜測量裝置進行二維光譜測量的方法，其特征在于該方法包括下列步驟：

1)校準光路：將所述的樣品(10)替換為CCD，移動CCD的位置，使得CCD位于第一凹面反射鏡(9)的焦平面處，此時四束激光應在CCD上重合，否則，通過調整所述的不重合光束所經過的所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)、第四延時反射鏡(6)，直到四束激光重合為止；

確定通過所述的第一延時反射鏡(3)、第二延時反射鏡(4)、第三延時反射鏡(5)、第四延時反射鏡(6)的光束分別為參考光束、a光束、b光束、c光束，然后在分束擋板(1)上遮擋兩個小孔，只讓參考光束、a光束兩束光束通過，調節第二延時反射鏡(4)所對應的延時反射鏡的平移臺，直到CCD上產生干涉條紋，此時說明兩光束已經在時間空間上重合；再遮擋掉該a光束，保留參考光束，放開剛剛遮擋的兩光束的其中b光束，調節該b光束所對應的第三延時反射鏡的平移臺，直至CCD上同樣出現干涉條紋；以同樣的方法調節最后c束光的第四延時反射鏡的平移臺，直至CCD上同樣出現干涉條紋，完畢后四束光在CCD的位置上應是時間空間都重合；然后撤下CCD，將樣品(10)放置在第一凹面反射鏡(9)的焦平面處，此時由于a光束、b光束、c光束的激發，樣品(10)會產生信號光，信號光的方向和參考光的方向一致；在樣品(10)前的參考光路中插入所述的衰減片(8)，使所述的參考光的強度與所述的信號光相當；

2)經過樣品(10)后的四束激光入射到第二凹面反射鏡(11)上后重新變為四束平行光束，然后利用帶有小孔的擋光板(12)只讓參考光和信號光通過，此時參考光和信號光在空間上是重合的；

3)利用光譜儀探測參考光和信號光的光譜干涉條紋：調節參考光所對應的第一延時反射鏡(3)平移臺，確保參考光是最先入射到樣品上，同時應保證干涉條紋的密度適當，調節光路的時候可以先遮擋參考光，用光譜儀(13)查看是否有信號光，如果沒有，微調樣品(10)的位置，確保樣品的確位于焦平面上，所述的信號光理應是a光束、b光束和c光束共同產生的非線性信號，遮擋其中任一束光之后不應該產生信號光；

4)在觀測到干涉條紋之后，利用光譜儀(13)對樣品(10)進行數據的采集，方法如下：

第一步：移動第二延時反射鏡(4)的平移臺、第三延時反射鏡(5)的平移臺和第四延時反射鏡(6)的平移臺，使a光束，b光束均領先于c光束，領先的時間間隔記為T，T可取值為0-幾百飛秒，此時a光束和b光束之間的延時為0；

第二步：移動第二延時反射鏡(4)的平移臺，令a光束領先b光束時間τ；然后移動第二延時反射鏡(4)的平移臺，令a光束以固定步長Δt向b光束靠近，直至重合，每移動一次第二延時反射鏡(4)的平移臺，所述的光譜儀(13)采集一次干涉條紋；此過程除a光束外，其他光束都不應發生改變；

第三步：移動第三延時反射鏡(5)的平移臺，令b光束領先a光束時間τ，并確保a光束和光束c之間的延時仍然是T；然后移動第三延時反射鏡(5)的平移臺，令b光束以固定步長Δt向a光束靠近，直至重合；每移動一次第三延時反射鏡(5)的平移臺，所述的光譜儀(13)采集一次干涉條紋；此過程除b光束外，其他光束都不應發生改變；

第四步：遮擋b光束和參考光束，此時a光束仍領先c光束時間T；令c光束為探測光，a光束為泵浦光，所述的光譜儀(13)進行泵浦探測，得到樣品(10)的泵浦探測吸收光譜，用于二維光譜的相位校正。