[發明專利]通過和頻振動光譜對樣品的掃描表面成像的表面感測系統和方法

有效

• 申請號: 201780085966.1
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN110546483B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: J·H·亨特;J·史;J·P·尚加拉
• 申請（專利權）人: 波音公司;菲拓梅里克斯公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01J3/10;G01N21/63
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 尚曉芹

本文公開了通過和頻振動光譜對樣品(30)的掃描表面(32)成像的表面感測系統和方法。系統包括樣品支架(20)、可見光源(40)和可調節IR光源(50)，可見光源配置為引導可見光束(42)入射在掃描表面(32)的采樣位置(34)上，可調節IR光源配置為引導可調節IR光束(52)與可見光束(42)在采樣位置(34)上重合。系統還包括掃描結構(60)和濾光器(70)，掃描結構配置為橫跨掃描表面(32)掃描可見光束(42)和可調節IR光束(52)，濾光器配置為從掃描表面(32)接收發射光束(38)并且對發射光束(38)濾光以生成濾光光束(72)。系統進一步包括光檢測系統(80)和對準結構(90)，光檢測系統配置為接收濾光光束(72)。方法包括操作該系統的方法。

優先權

本申請要求2017年12月22日提交的美國序列號15/388,743的優先權。

技術領域

本公開一般地涉及用于對樣品的掃描表面成像的系統和方法，并且更具體地涉及橫跨所掃描的表面掃描可見光束和可調節紅外光束二者以表征所掃描的表面的系統和方法。

背景技術

非線性光學光譜可用于檢測表面上的一種或多種材料和/或物體的存在，識別和/或可視化該表面上的一種或多種材料和/或物體。然而，這種非線性光學光譜技術的空間分辨率通常受到由光的波長和/或奈奎斯特采樣定理控制的衍射極限的限制。該衍射極限約為1微米，并且可能希望可視化小幾個數量級(例如，大約1nm)的物體。

檢測、識別和/或可視化顯著小于1微米的物體通常需要使用電子散射技術。然而，電子散射技術必須在超高真空環境中進行，因此限制了它們在許多工業應用中的實用性。作為實例，在某些物體周圍建立超高真空環境可能是昂貴的、耗時的和/或根本不可行的，從而排除了通過電子散射技術掃描這些物體。此外，電子可以改變表面的物理狀態，而實質上不是純粹或大部分是診斷性的。

可選地，并且在某些系統中，比如生物系統，可光活化標簽或標牌可以添加到待可視化對象內的已知位置。在這樣的配置中，可光活化的標簽可以“打開”或“關閉”，從而在待可視化的對象和固有存在的背景或噪聲之間提供另外的對比度，防止對象的相鄰要素之間的摻合和/或污染，和/或減少信號混疊。雖然這種可光活化的標簽可以改善某些系統的分辨率，但是它們可能難以添加到其他系統和/或可能污染其他系統。

如上所討論，用于檢測、識別和/或可視化表面上的對象的已知系統和方法可能不適用于所有系統。因此，需要用于成像樣品的掃描表面的改進的表面感測系統和方法。

發明內容

本文公開了用于通過和頻振動光譜對樣品的掃描表面成像的表面感測系統和方法。該系統包括樣品架、可見光源和可調節IR光源，可見光源配置為引導可見光束入射在掃描表面的采樣位置上，可調節IR光源配置為引導可調節IR光束在采樣位置上與可見光束重合?？烧{節IR光源配置為選擇性地改變或掃描可調節IR光束的波長，從而允許可調節IR光束選擇性地在位于掃描表面上的成像結構內引起共振。該系統還包括：掃描結構，其配置為橫跨掃描表面掃描可見光束和可調節IR光束；以及濾光器，其配置為從掃描表面接收發射光束并對發射光束濾光以產生濾光光束(filtered light beam)。發射光束包括和頻信號，其在鏡面反射的可見光束和可調節IR光束之間以一定角度傳播，并且響應于可見光束和可調節IR光束二者入射在掃描表面上而從掃描表面發射。該系統進一步包括光檢測系統和對準結構，光檢測系統配置為接收濾光光束。

方法包括對樣品的掃描表面成像的方法。方法包括引導可見光束和可調節IR光束在掃描表面的采樣位置上重合。方法還包括調節可調節IR光束以在成像結構內引起光學共振，成像結構至少部分地在掃描表面的采樣位置內延伸。調節可調節IR光束在本文中也可稱為改變可調節IR光束的波長和/或掃描可調節IR光束的光譜。方法進一步包括利用光檢測系統從掃描表面的采樣位置接收至少一部分發射光束，和橫跨掃描表面的掃描部分掃描可見光束和可調節IR光束。方法還包括至少部分地基于接收和掃描生成掃描表面的掃描部分的圖像。