[發明專利]緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜探測裝置及其方法

有效

• 申請號: 202110022257.7
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112834039B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 汪洋;吳成印;龔旗煌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01J3/28
• 分類號: G01J3/28;G01J3/02;G01J3/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜高靈敏度探測裝置，其特征在于，所述緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜高靈敏度探測裝置包括：諧波產生腔、諧波聚焦腔、諧波探測腔、一維位移臺、三維位移臺、五維位移臺、聚焦透鏡、樣品架、離軸拋物面鏡、超環面鏡、第一和第二光學狹縫、光柵、圖像采集裝置、計算機、產生腔分子泵、產生腔機械泵、探測腔分子泵以及探測腔機械泵；其中，諧波產生腔、諧波聚焦腔和諧波探測腔均為內部具有封閉空間的真空腔體；在諧波產生腔位于光路高度的側壁上設置有多個360度均勻分布的窗口，選擇其中一個窗口為入射窗口并選擇其中一個窗口為出射窗口，諧波聚焦腔設置有一個入射窗口和一個出射窗口，諧波探測腔設置有一個入射窗口；諧波產生腔的出射窗口通過真空管道連接至諧波聚焦腔的入射窗口，諧波聚焦腔的出射窗口通過真空管道連接至諧波探測腔的入射窗口；諧波產生腔安裝產生腔分子泵，產生腔分子泵連接產生腔機械泵；諧波探測腔安裝探測腔分子泵，探測腔分子泵連接探測腔機械泵；在諧波產生腔內的中心設置三維位移臺，在諧波產生腔的一個入射窗口與三維位移臺的連線上依次設置一維位移臺和五維位移臺，一維位移臺和五維位移臺連接至計算機；在一維位移臺上設置聚焦透鏡，以調整聚焦透鏡的焦點位置；在五維位移臺上設置樣品架，在樣品架上放置樣品，能夠對樣品進行平移、俯仰角以及樣品所在平面的360°面內轉動；在三維位移臺上設置光學鏡架，在光學鏡架上設置離軸拋物面鏡，三維位移臺能夠對離軸拋物面鏡進行位置調節并通過光學鏡架進行俯仰角和面內轉動調節；聚焦透鏡、樣品和離軸拋物面鏡的中心位于同一水平面上，三者依次擺放，確保入射激光依次經過聚焦透鏡、樣品和離軸拋物面鏡離軸拋物面鏡的焦點位于光路上，且離軸拋物面鏡的焦點與聚焦透鏡的焦點重合，調整樣品所在的五維位移臺中的沿光路平行的維度，使得樣品的后表面位于聚焦透鏡的焦點上；離軸拋物面鏡與諧波產生腔的出射窗口之間設置第一光學狹縫；在諧波聚焦腔中設置超環面鏡架，在超環面鏡架上設置超環面鏡，超環面鏡采用大角度掠入射的方式安裝，以增強高次諧波的反射效率；在諧波探測腔中沿光路傳播方向依次設置第二光學狹縫和光柵，在諧波探測腔上設置有探測孔，圖像采集裝置通過探測孔密封真空安裝在諧波探測腔上，圖像采集裝置連接至計算機；

激光通過諧波產生腔的一個入射窗口入射；經聚焦透鏡聚焦后入射至樣品上，經樣品反射或透射，產生發散的諧波；離軸拋物面鏡將發散光匯聚為平行光并反射；平行的諧波經過第一光學狹縫阻擋雜散光，經狹縫阻擋從而降低低階的強諧波信號對高階弱信號的干擾；之后諧波入射至諧波聚焦腔內的超環面鏡；經超環面鏡有效聚焦后反射至諧波探測腔；在諧波探測腔內，經過第二光學狹縫進一步阻擋雜散光和低階諧波，并對基頻光進行阻擋，防止其對探測器的損傷，經光柵將不同波長的諧波在空間中分開，并且最大限度降低像差，最終由圖像采集裝置接收；離軸拋物面鏡把發散光匯聚為平行光的能力敏銳地依賴于發散光的焦點相對于離軸拋物面鏡焦點的位置，高階固體高次諧波產生于樣品的后表面，而熒光和低階諧波在很大樣品區域都能產生，控制聚焦透鏡與離軸拋物面鏡共焦，同時調節夾持樣品的五維位移臺，使樣品的后表面與樣品共焦焦點重合，產生于樣品的后表面的高次諧波經過離軸拋物面鏡和超環面鏡有效進入諧波探測腔，而不在樣品的后表面產生的熒光、強低階諧波和雜散光，不滿足離軸拋物面鏡共焦條件，將不能得到有效準直，經過長距離的傳輸，不能被超環面鏡有效聚焦，最終被沿光路方向設置的第一和第二光學狹縫過濾，無法進入諧波探測腔，避免熒光、低階諧波和雜散光的干擾，從而通過全反射結構實現增強高階諧波探測效率和擴展諧波探測波段，并去除了雜散光的透射諧波和反射諧波測量。

2.如權利要求1所述的緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜高靈敏度探測裝置，其特征在于，所述五維位移臺為納米級精度；一維位移臺為納米級精度；三維位移臺為手動調節。

3.如權利要求1所述的緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜高靈敏度探測裝置，其特征在于，所述超環面鏡架連接至位于諧波聚焦腔外的螺旋測微器桿。

4.如權利要求1所述的緊湊型固體高次諧波產生和諧波譜高靈敏度探測裝置，其特征在于，所述超環面鏡采用大角度掠入射的方式安裝為光線入射方向和超環面鏡的法線方向的夾角大于80度的入射。