專利名稱：對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料的表征領(lǐng)域，特別是材料的吸收、反射和透射光譜相 關(guān)的表征測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
吸收、反射和透射光譜是凝聚態(tài)物質(zhì)非常重要的光譜性質(zhì)之一，主要 用來研究物質(zhì)的能級位置和光吸收系數(shù)等問題。
現(xiàn)在簡單的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)主要由光源，激發(fā)分光系統(tǒng)， 樣品室和探測器組成。在用這樣的系統(tǒng)測試吸收、反射和透射光譜，先將 一反射鏡置于樣品室，讓激發(fā)分光系統(tǒng)所分出的單色光直接進入探測器來 測量其激發(fā)光的激發(fā)光譜曲線，然后放上樣品，再測樣品的吸收、反射和 透射光譜，將所測的吸收、反射和透射光譜對所測的激發(fā)光譜曲線歸一化 后，就得到樣品真正的吸收、反射和透射光譜，即通常的兩次測量法。這 種測試方法由一個缺陷，即兩次測量法需要重復(fù)使用光譜儀，光譜儀運行 的可重復(fù)性和激發(fā)光源的穩(wěn)定性都會對在兩個時間段內(nèi)測得的光譜進行 校正所產(chǎn)生的結(jié)果可靠性提出置疑，這也對光源電源的穩(wěn)定性和光譜儀的 重復(fù)性提出了很高的要求。如果儀器重復(fù)性較差或者光源電源的穩(wěn)定性較 差，就會影響測試的結(jié)果。
上面這些問題是目前普通的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)所面臨的普遍 問題。能否發(fā)明一種對光譜儀可重復(fù)性和激發(fā)光源穩(wěn)定性都沒有要求的簡 單的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)呢？
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一套對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)。這套吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)的特點在于它在測試吸收、 反射和透射光譜時對光譜儀可重復(fù)性和激發(fā)光源穩(wěn)定性沒有要求，從而可 以測得樣品的信噪比很高的吸收、反射和透射光譜。
本發(fā)明提供一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和透射光譜系 統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括
一光源；
一分光儀，該分光儀位于光源之后，用來將光源所發(fā)出的廣譜光信號 色散為窄帶光源或單色光源；
一激發(fā)光匯聚元件，該激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光 儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；
分束器，該分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)光的 一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；
一光強計，該光強計位于分束器光路的一側(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射 后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；
一樣品，該樣品位于分束器之后；
一信號光收集元件，該信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所 發(fā)出的信號光匯聚到后敘的探測器；
一探測器，該探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、 反射或透射信號光強度；
一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統(tǒng) 的運作。
其中光源是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)光波長范圍來選擇，該光源選擇為 廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈。
其中分光儀的光柵選擇由激發(fā)光的光譜波長范圍決定。 其中分束器的工作范圍大于樣品的激發(fā)光波長范圍。 其中分束器為半反射式分束器，該分束器在光路上的角度為45度。
為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結(jié)合附圖和實施方法對本發(fā) 明作一詳細的描述，其中圖1是對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的反射光譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。
圖2是對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收和透射光譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式
請參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明一套對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、
反射和透射光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
一光源10，該光源10是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)光波長范圍來選擇， 該光源10為廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈；
一分光儀20，該分光儀20位于光源10之后，用來將光源所發(fā)出的廣 譜光信號色散為窄帶光源或單色光源，該分光儀20的光柵選擇由激發(fā)光 的光譜波長范圍決定；
一激發(fā)光匯聚元件30，該激發(fā)光匯聚元件30位于分光儀20之后，用 來將分光儀20分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品SP上；
一分束器40，該分束器40位于激發(fā)光匯聚元件30之后，將分光儀 20分出激發(fā)光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計50，該分束 器40的工作范圍大于樣品的激發(fā)光波長范圍，該分束器40在光路上的角 度為45度；
一光強計50，該光強計50位于分束器40光路的一側(cè)，用來探測經(jīng)分 束器40反射后的激發(fā)光強度，作為參考光強度； 一樣品SP，該樣品SP位于分束器40之后；
一信號光收集元件60，該信號光收集元件60位于樣品SP之后，用來 將樣品SP所發(fā)出的信號光匯聚到后敘的探測器70之前；
一探測器70，該探測器70位于信號光收集元件60之后，用來探測樣
品的吸收、反射或透射信號光強度；
一計算機80，該計算機80分別與控制分光儀20，光強計50和探測
器70連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
與其他簡單的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)多了分束器40和光強 計50，而分束器40和光強計50正是本系統(tǒng)的核心組成部分。本系統(tǒng)光信 號的路徑如圖1和圖2中箭頭所示。圖1和圖2的光學(xué)元件基本相同，不 同的就是為了實現(xiàn)吸收/透射光譜測量和反射光譜測量時而在樣品前后光路上所采用的配置不同。
總的來說，光源10所發(fā)出的廣譜光信號經(jīng)過分光儀20時被色散為窄
帶光源或單色光源，經(jīng)分光儀20色散后的光源被激發(fā)光匯聚元件30匯聚 到樣品SP，同時通過分束器40將一部分激發(fā)光反射進入光強計50，光強 計50探測到的激發(fā)光強度為激發(fā)光的參考信號IQ(X);被樣品吸收、反射 或透射后的光學(xué)信號被信號光收集元件60匯聚到探測器70，探測器70 所測得的光信號為Is(X)。這樣，樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的 相對強度就為探測器70所測得的光信號強度與光強計50所測得的參考信 號強度之比，即Is(X)/Iq(X)。
為了得到樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的絕對強度，我們設(shè)
分束器40的反射率和透過率之比為rco (注此Ra)值可以通過標準反
射譜儀或透射譜儀來校正獲得)，那么，入射到樣品SP的激發(fā)光強度為 Io(X)/R(X)。我們設(shè)信號光收集元件60的透射系數(shù)為t("(注此too 值可以通過標準光譜儀來校正獲得)。如果光強計50和探測器70為型號 相同的探測器，那么樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的絕對強度就 為(Is( i)/T( i))/(I()a)/R(人))。如果光強計50和探測器70為型號不同的 探測器，我們設(shè)光強計50和探測器70的探測效率之比為^7(X)(注此 t(人)值可以通過標準光譜儀來校正獲得)，那么樣品的吸收光譜、反射光
譜或透射光譜的絕對強度就為(Isa"纟57(X)/T(X))/(I()(人)/R(X))。
通過編寫計算機的譜儀控制軟件,我們可以把因子^7(X"R(X)/T(人) 作為激發(fā)光波長的函數(shù)存儲在計算機內(nèi)，對所測的每一條相對吸收光譜、 反射光譜或透射光譜曲線都乘以因子^7(X"R(X)/T(X)來進行自動校正， 那么，就可以立即一次性地得到樣品真正的吸收光譜、反射光譜或透射光 譜。
7由于Is(X)和Io(X)是同時測得的，因此不會對光源的穩(wěn)定性有很高 的要求，同時，也可以避免普通吸收，反射或透射光譜儀因使用兩次測量 法來測量吸收，反射或透射光譜而對譜儀的可重復(fù)性有很高的要求。由于 本發(fā)明的光譜儀及其測量方法避免了光源的不穩(wěn)定性和光譜儀重復(fù)性不 好而帶來光譜信噪比較低的問題，利用該系統(tǒng)所測量的樣品吸收、反射或 透射光譜就具有很高的信噪比。
以上實例說明我們設(shè)計的這套對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射 或透射光譜系統(tǒng)具有一些非常顯著的特點，就是該系統(tǒng)對光譜儀可重復(fù)性
和激發(fā)光源穩(wěn)定性都沒有要求；經(jīng)過一次取譜就可以立即獲得樣品真正的 吸收、反射或透射光譜；可以提高光譜的信噪比。該系統(tǒng)將會應(yīng)用在材料 的光學(xué)表征方面的技術(shù)中。
權(quán)利要求
1.一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一光源；一分光儀，該分光儀位于光源之后，用來將光源所發(fā)出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發(fā)光匯聚元件，該激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；一分束器，該分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；一光強計，該光強計位于分束器光路的一側(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；一樣品，該樣品位于分束器之后；一信號光收集元件，該信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發(fā)出的信號光匯聚到后敘的探測器；一探測器，該探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、反射或透射信號光強度；一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統(tǒng)，其特征在于，其中光源是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)光波長范 圍來選擇，該光源選擇為廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統(tǒng)，其特征在于，其中分光儀的光柵選擇由激發(fā)光的光譜波長 范圍決定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統(tǒng)，其特征在于，其中分束器的工作范圍大于樣品的激發(fā)光波長范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統(tǒng)，其特征在于，其中分束器為半反射式分束器，該分束器在光路上的角度為45度。
全文摘要
一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的吸收、反射和透射光譜系統(tǒng)，包括一光源；一分光儀位于光源之后，用來將光源所發(fā)出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；一分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；一光強計位于分束器光路的一側(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；一樣品位于分束器之后；一信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發(fā)出的信號光匯聚到后敘的探測器；一探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、反射或透射信號光強度；一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
文檔編號G01N21/01GK101581662SQ20081010653
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)明者揚 姬, 俊 張, 譚平恒, 趙偉杰, 趙建華 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所