[發明專利]用于高通量材料表征的二維掃描系統及測量方法

在審

• 申請號: 202011279484.X
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN114509406A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 岳洋;王曉妍;胡家赫;許天旭;王志
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

用于高通量材料表征的二維掃描系統與方法，應用于高通量材料表征與掃描領域。本發明提出了三種不同的二維掃描系統與方法，其均由激光器、高效分光單元、樣品、光電探測器組成，實現高采樣速度、大數據量、高空間/時間分辨率的材料掃描。基于空間逐點法的二維掃描系統，采用單一MEMS鏡和二維1×n² MEMS鏡的組合對樣本進行逐點掃描；基于空間并行法的二維掃描系統，利用兩個二維1×n² MEMS鏡的組合進行并行掃描；基于空時?并串轉換法的二維掃描系統，利用空間擴散/分散器和時域分散器進行二維掃描。三種方法均能用于高通量材料表征技術，基于MEMS的時間到二維空間映射的掃描系統和基于空間擴散/分散器的直接映射到二維空間的掃描系統均能使掃描速度大幅度提升。

技術領域

本發明涉及三種用于材料表征的二維掃描方法，具體涉及利用MEMS反射鏡或空間擴散/分散器進行二維掃描以進行高通量材料表征，屬于高通量材料表征與掃描技術領域。

背景技術

高通量材料是指一次制備出大量包含不同組分的材料樣品，通過并行處理的方法，快速獲取不同材料的組分、微觀結構和宏觀性能等數據，從而建立三者的映射關系，最終實現快速的材料優選。經過40年的發展。材料高通量制備與表征技術已取得了較大的進展，并被證明可有效地加速材料研發的進程，因此被列為材料基因組計劃的三大技術要素之一。

在制備出高通量材料后，下一步工作是對材料性能參數進行測量，從而獲得材料組分-宏觀性能參數的映射表。

目前，基于光學方法的高通量表征技術蓬勃發展。如美國集成微區x射線熒光和衍射系統，開發了微區瞬逝微波探針顯微鏡，空間分辨率達10μm，可以同時檢測高通量材料的成分和結構。美國馬里蘭大學的教授報告了基于橢偏面成像技術的整列樣品表征方法，可實現對陣列樣品厚度、折射率的高通量表征。除了面成像橢偏分析技術外，激光橢偏儀、陰極熒光計等均可實現高通量微區光學性質表征。

微機電系統(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，指尺寸在幾毫米乃至更小的裝置，是一個獨立的智能系統。MEMS微鏡是指采用光學MEMS技術制造的，把微光反射鏡與MEMS驅動器集成在一起的光學MEMS器件。

二維空間擴散/分散器能夠將入射的寬帶光轉換成二維空間光譜模式中的光束，通常稱為光譜簇射。它在二維空間坐標和光波長之間創建了一個一對一的映射。

本發明的根本目的是利用MEMS反射鏡或二維空間擴散/分散器進行二維掃描以進行高通量材料表征則可以實現高采樣速度、大數據量、高空間/時間分辨率的材料掃描。

發明內容

本發明的目的是提出用于高通量材料表征的二維掃描系統及測量方法。

本發明提出了用于高通量材料表征的三種二維掃描系統，其均由激光器、高效分光單元、樣品、光電探測器組成，通過快速掃描實現高通量探測。

本發明的關鍵是，利用MEMS反射鏡或空間擴散/分散器，設計從時間到二維空間轉換和頻率到二維空間轉換的掃描系統，使掃描系統的速度大幅提升。

本發明采用的技術方案具體為：

一種基于空間逐點法的二維掃描系統，包括：

激光器，作為掃描系統的光源；

第一準直器，位于與激光器相連接的光纖后，用于將光纖傳輸的激光準直為自由空間平行光；

第一波片，位于第一準直器后，用于改變激光光束的偏振方向；

偏振分束器，位于第一波片后，用于改變樣品反射的光束的傳播方向，便于光電探測器接收；

第二波片，位于偏振分束器后，用于改變從偏振分束器出射的光束的偏振方向以及改變樣品反射的光束的偏振方向；