[發明專利]光輻射設備和用于測量光輻射的方法

在審

• 申請號: 201580079389.6
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN107567578A
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: A.M.吉格勒;H.赫德勒;R.帕斯圖夏克;A.希克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01J3/02
• 分類號: G01J3/02;G02B21/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 侯宇

本發明涉及一種光輻射測量設備，其帶有樣本區域、用于對能夠定位在樣本區域中的樣本進行照射的照明單元和用于利用輻射探測器探測由樣本發出的輻射的探測單元。此外，本發明還涉及一種利用所述輻射測量設備測量樣本的光輻射的方法。

根據現有技術得到的輻射測量設備通常要么作為發射光譜儀要么作為發射式電子顯微鏡使用。在已知的發射光譜儀中通常使用寬波段或者說寬(頻)帶的光源用于對樣本進行輻射，其中，光源的輻射光譜與樣本的至少一個吸收波段重疊。通過光的吸收，在樣本中激發了相對于吸收波長光譜移動的輻射，所述輻射隨即能夠在分散為其光譜成分的情況下利用探測單元與波長相關地被探測。這種輻射例如可以涉及熒光輻射、光致輻射或磷光輻射。在所述輻射機制中，在光吸收時被樣本吸收的能量的一部分無輻射地消耗，因此發出的輻射在光譜上朝波長更長的輻射的方向改變。作為備選，還可以利用發射光譜儀通過相應的方式分析樣本的拉曼散射。在此還在激勵輻射與所發射的輻射之間出現光譜變化。

為了能夠盡可能有目的地激發樣本的待測量的光輻射，有利的是，激勵輻射以盡可能大的程度與樣本的吸收波段相疊。激勵光輻射中額外的光譜成分在此則對測量造成干擾，因為首先激勵輻射的長波部分能夠與待測量的輻射相疊。為了對此進行避免，根據現有技術對不同的樣本分別使用不同的光譜選擇性吸收濾器，以便將激勵光的不期望的部分、尤其長波的光譜成分濾除。

為了對發射光進行盡可能準確的探測和光譜分析，此外還有利的是，盡可能大程度地濾除為激勵發射所使用的輻射的波長，因為否則的話部分極弱的發射波段會被強大的背景信號覆蓋。因此為了實現測量的良好信噪比和較高的光譜分辨率，激勵輻射的與發射波段相比波長較短的部分同樣被光學吸收過濾器濾除。

通過與上述發射光譜儀類似的方式，在發射式電子顯微鏡中利用短波的照明單元激勵樣本發射，并且由樣本發出的輻射隨后這樣成像在圖面上，從而能夠呈現出輻射在樣本的不同區域中的空間分布。取代如在發射光譜儀中對發射光譜的與波長相關的測量，在發射式電子顯微鏡中實現了對發射中心的空間成像。在此特別普遍的是通過熒光顯微鏡對熒光發射區域的成像。所述發射光譜儀和發射式電子顯微鏡的兩種方法原則上也能夠相互結合。

根據現有技術在發射光譜儀和發射式電子顯微鏡中的弊端在于，為了與待測量樣本適配地過濾激發輻射，并且為了與激勵光譜適配地過濾待探測的輻射，必須移動或相互更換宏觀的光學部件(呈光譜選擇過濾器的形式)。該光學部件的更換要求根據待分析樣本持續地、相對繁瑣地改裝測量設備。這一方面可能導致在每次改裝之后都需要對其余光學部件進行再校準，以便仍舊能實現較高的測量質量。另一方面針對多種配置結構替換或組合地安裝在輻射路徑或者說光路中的不同光學過濾器在測量設備中的空間需求總體上相對較高。

因此本發明所要解決的技術問題在于，提供一種能夠克服上述弊端的輻射測量設備。尤其應該提供一種輻射測量設備，其設備更簡單、更節省空間地構造，更易于自適應和/或能更廣泛地使用。另一技術問題在于，提供一種帶有上述優點的用于測量光輻射的方法。

所述技術問題通過權利要求1所述的輻射測量設備和權利要求8所述的測量方法解決。

根據本發明的輻射測量設備具有樣本區域、用于對能夠定位在樣本區域中的樣本進行照射的照明單元和用于利用輻射探測器探測由樣本發出的輻射的探測單元。照明單元在此包括輻射源、沿輻射方向布置在輻射源之后的用于將輻射分解為其光譜成分的第一色散元件、沿輻射方向布置在第一色散元件之后的用于選擇光譜成分的第一微鏡場和沿輻射方向布置在第一微鏡場之后的用于將被選擇的光譜成分匯聚成共同的激勵輻射的第二色散元件。

所述輻射方向在此應該分別理解為在輻射測量設備中的局部的光學輻射方向，而與輻射過程中輻射路徑的空間定向是否改變無關。不應通過所述各個光學部件的空間布置(所述光學部件沿輻射方向布置在其它部件“之前”或“之后”)，給定在前進的統一方向上的位置，而是僅給定光輻射在光學輻射路徑上的通過的順序，所述光學輻射路徑總體上從輻射源經過樣本導引至輻射探測器，換言之給定在輻射路徑中的光學上的“前”或“后”。

根據本發明的輻射測量設備的主要優點在于，通過借助第一微鏡場對光譜成分的選擇能夠根據待測量樣本的光學性質調整激勵輻射的光譜性質，而在輻射路徑中不需要光譜選擇吸收過濾器。事實上，可以根據樣本和/或預設的測量任務來從光譜上調整激勵光譜，而不必為此移動宏觀的光學部件。取代移入和移出在現有技術中已知的光學過濾器，可以通過第一微鏡場明顯更簡單、空間更緊湊地、更自動化和更精確地實現光譜選擇。