[發明專利]一種分時復用的反射異性差分光學測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910647239.0
• 申請日: 2019-07-17
• 公開（公告）號: CN110320160B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 張雷;王譯那;姜明順;張法業;隋青美;賈磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/27;G01N21/25;G01N21/01
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種分時復用的反射異性差分光學測量裝置及方法，包括：偏振器及光學斬波器；所述偏振器將樣品的反射光束分離為兩束線性偏振光；所述光學斬波器阻擋所述線性偏振光中的一束光束，并選擇另一束線性偏振光的傳播，將其傳遞到光路中，通過不同時段對不同光路的信號采集實現對反射光測量的分時復用。本公開抗干擾能力強、性能可靠、使用方便；偏振器、光學斬波器和Y型光纖的使用，使得不需旋轉樣品或者光學元件可獲取樣品的反射差分信息，減少了誤差的引入，系統抗干擾能力強、性能可靠，使用更加方便。

技術領域

本公開涉及光學表征領域及測量儀器技術領域，特別是涉及一種分時復用的反射異性差分光學測量裝置及方法。

背景技術

反射異性差分光學測量技術對樣品表面各向異性具有極高的靈敏度，具有非接觸、無損等優點。它通過測量入射光經測試樣品表面反射后引起的偏振態變化，實現對樣品表面各向異性的分析，感知樣品表面的物理、化學特征。

目前，依據反射差分信號的調制方法不同，反射差分光學測量裝置可以分為光強調制型和位相調制型。

關于基于光強調制型的反射差分光學測量裝置，當前基于光強調制型的反射差分光學測量裝置主要由單色儀、線性偏振器(如氟化鎂棱鏡)、旋轉器件、光束擋隔板以及光電倍增管組成，具體結構如圖1所示。其工作原理為：光源出射光經單色儀、線性偏振器照射到樣品上，樣品固定在以角速度ω旋轉的馬達轉軸上，使樣品以角速度ω旋轉，然后由光電倍增管探測反射光的光強變化，最后使反射差分信號被調制在2ω頻率的信號上。

基于光強調制型的反射差分光學測量裝置存在的問題和缺點主要為：光路中存在旋轉元件。在實驗中，需要旋轉樣品來獲取反射差分信號，或通過旋轉偏振器替代樣品旋轉。這樣使其在在線檢測等應用中，實現起來比較困難甚至無法實現，并且容易引入誤差和噪聲，長期穩定保持工作比較困難。

基于位相調制型的反射差分光學測量裝置：基于位相調制型的反射差分光學測量裝置采用光彈調制器(Photoelastic Modulator,PEM)作為調制器件，其主要組成有：光源、起偏器、光彈調制器、檢偏器、單色儀以及探測器，具體結構如圖2所示。工作原理為：光束從光源射出，經起偏器、觀測窗，以接近垂直方向照射到樣品表面，反射光通過觀測窗、光彈調制器(分離信號與低頻噪聲，增強抗干擾性能)、檢偏器以及單色儀，照射到探測器上，由其將光學信號轉換為電信號，傳輸給信號處理系統，最后在計算機上計算出反射差分光譜。

基于位相調制型的反射差分光學測量裝置存在的問題和缺點主要為：結構復雜，適應性差，對儀器誤差比較敏感。研究發現，即使PEM經過精確校準，真空室觀測窗因內部應力產生的雙折射特性、起偏器的非完全線性偏振缺陷以及起偏器的安裝角度誤差都會影響信號的測量。

綜上所述，目前反射異性差分光學測量裝置存在的缺點及其原因包括以下幾點：

旋轉樣品或光學元件容易引入誤差。對于光強調制型反射差分光學測量裝置，需要通過旋轉樣品或旋轉光學元件來獲取反射差分信號，無論是旋轉樣品還是旋轉器件，很容易帶來機械振動，從而引入誤差和噪聲，進而影響測量的準確度，并且保持長期穩定工作比較困難。

結構復雜，適應性差。對于位相調制型反射差分光學測量裝置，器件的偏振缺陷、起偏器的安裝角度誤差等都會影響信號的測量。

發明內容

本說明書實施方式的目的是提供一種分時復用的反射異性差分光學測量裝置，本公開能夠實現不同時段對不同振動方向光路的信號采集，不需旋轉樣品和光學元件，減少誤差的引入，實現分時復用的功能。

本說明書實施方式提供一種分時復用的反射異性差分光學測量裝置，通過以下技術方案實現：

包括：

偏振器及光學斬波器；

所述偏振器將樣品的反射光束分離為兩束線性偏振光；