本發(fā)明涉及一種光學(xué)提取探頭。具體地，描述了一種光學(xué)提取探頭，該光學(xué)提取探頭被配置為將樣本光提取到不同環(huán)境中以及從不同環(huán)境中提取樣本光。

背景技術(shù)：

1、為了在真空室內(nèi)部執(zhí)行光譜工作，通常必須將光束引入室內(nèi)和引出室外，以便可通過在外部的光譜儀觀察室內(nèi)部的試樣。光學(xué)件需要保持特定視場的圖像質(zhì)量而不會出現(xiàn)過度模糊或漸暈。此外，光學(xué)件通常必須與在室內(nèi)的其他儀器和檢測器共享空間，諸如掃描電子顯微鏡(sem)的束。

2、美國專利6885445號('445專利)描述了一種離軸拋物面(oap)鏡的排布結(jié)構(gòu)，其中，一個鏡維持在試樣上方，并且鏡中的孔允許電子束通過。此外，'445專利描述了此類鏡的配對，使得一個鏡消除由另一個鏡引入的光學(xué)像差。圖1a示出了第一排布結(jié)構(gòu)，該第一排布結(jié)構(gòu)是光學(xué)像差消除排布結(jié)構(gòu)，包括成對的oap鏡101、102。也包括兩個平面鏡104，用于重新引導(dǎo)束中的光線105。oap鏡101、102被布置成使焦點(diǎn)在相同的水平平面106中，使得匹配的oap鏡被定位成將光聚焦在相同的水平平面106處。相比之下，圖1b示出了一種配對，其中，兩個oap鏡101、102被布置成使oap鏡102的焦點(diǎn)在不同于水平平面106的水平平面108中。該第二種排布結(jié)構(gòu)加劇了光學(xué)像差。

3、隨著諸如oap鏡101和102之類的成對的聚焦光學(xué)件分開距離越來越大，視場減小并且圖像顯示漸暈和模糊。發(fā)生這種情況是因?yàn)檠刂廨S引入的光線105會從一個鏡穿過另一個鏡，但是諸如在延伸的樣本區(qū)域上觀察到的離軸線105'會被一個鏡收集且錯過另一個鏡。圖1c示出了這一點(diǎn)，該圖示出來自oap鏡101的離軸光線105'如何遠(yuǎn)距離錯過oap鏡102。這也發(fā)生在相反方向上。例如，在拉曼光譜儀器中，探頭激光會被成像實(shí)驗(yàn)中的一個鏡收集且錯過第二個鏡。

4、因此，仍然需要在保持圖像質(zhì)量的同時使樣本光束跨距離往來于不同的環(huán)境的方法和系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、關(guān)于以下例示性、非限制性具體實(shí)施，本文描述了用于解決上文確定的需要和其他需要的系統(tǒng)、方法和產(chǎn)品。各種替代方案、修改和等效物也是可能的。

2、根據(jù)第一方面，提供了一種束提取系統(tǒng)。該束提取系統(tǒng)包括第一聚焦光學(xué)件、第二聚焦光學(xué)件以及耦合到第一聚焦光學(xué)件和第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)中繼器。第一聚焦光學(xué)件被配置為使從樣本收集到的光形成光束，該樣本被定位在第一聚焦光學(xué)件的焦點(diǎn)處。第二聚焦光學(xué)件被配置為將該光束耦合到檢測器。光學(xué)中繼器為該光束提供從第一聚焦光學(xué)件到第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)路徑。

3、根據(jù)第二方面，提供了一種光譜系統(tǒng)。該光譜系統(tǒng)包括外殼，該外殼包括第一聚焦光學(xué)件，該第一聚焦光學(xué)件被配置為使從樣本收集到的光形成光束，該樣本被定位在外殼中且在第一聚焦光學(xué)件的焦點(diǎn)處。該系統(tǒng)的第二聚焦光學(xué)件被配置為將光束耦合到檢測器，該檢測器被定位在外殼的外部。光學(xué)中繼器耦合到第一聚焦光學(xué)件以及第二聚焦光學(xué)件。光學(xué)中繼器為光束提供從第一聚焦光學(xué)件到第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)路徑。該系統(tǒng)也包括光學(xué)路徑中的提取窗口。

4、根據(jù)第三方面，提供了一種在不同環(huán)境之間傳遞樣本光的方法。該方法包括將樣本定位在第一環(huán)境中，以及將第一光學(xué)件聚焦在樣本上，以及使從樣本接收到的樣本光形成光束。光束通過耦合到第一聚焦光學(xué)件和第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)中繼器從第一聚焦光學(xué)件延伸到第二聚焦光學(xué)件。光束被耦合到在第二環(huán)境中的檢測器。

5、本文所述的束提取系統(tǒng)提供了在保持圖像質(zhì)量的同時使樣本光束跨距離往來于不同的環(huán)境的方法。

技術(shù)特征：

1.一種束提取系統(tǒng)(200)，所述束提取系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束提取系統(tǒng)(200)，其中，所述光學(xué)中繼器(218)包括具有焦距f的第三聚焦光學(xué)件(220)和具有所述焦距f的第四聚焦光學(xué)件(222)，其中，所述光學(xué)中繼器提供從所述第一聚焦光學(xué)件(202)到所述第二聚焦光學(xué)件(210)的4f光學(xué)路徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)中繼器(218)包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一凹面鏡(224)被定位在距所述第一聚焦光學(xué)件(202)距離f處，并且所述第二凹面鏡(226)被定位在距所述第二聚焦光學(xué)件(210)距離f處。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一凹面鏡(224)和所述第二凹面鏡(226)是匹配的凹面鏡并且被定位成基本上背對背。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)中繼器(218)包括平面鏡中繼器，所述平面鏡中繼器被配置為將來自所述第一凹面鏡(224)的所述光束(204)反射到所述第二凹面鏡(226)，橫跨距離2f。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述平面鏡中繼器包括第一平面鏡(228)和第二平面鏡(230)，所述第一平面鏡被定位在距所述第一凹面鏡距離n處的所述光束(204)中，所述第二平面鏡被定位在距所述第二凹面鏡距離f-n處的所述束(204)中，其中，n大于零并且小于f(0＜n＜f)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的束提取系統(tǒng)，其中，n是0.5。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一平面鏡(228)和所述第二平面鏡(230)是匹配的鏡。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一聚焦光學(xué)件(202)和所述第二聚焦光學(xué)件(210)中的每一者獨(dú)立地選自離軸拋物面(oap)鏡和施瓦茲希爾德物鏡。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一聚焦光學(xué)件(202)和所述第二聚焦光學(xué)件(210)是匹配的oap鏡。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述匹配的oap鏡被定位成將光聚焦在相同的水平平面(106)處。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束提取系統(tǒng)，所述束提取系統(tǒng)還包括提取窗口，所述提取窗口被定位在所述第一聚焦光學(xué)件(202)與所述第二聚焦光學(xué)件(210)之間。

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述第一聚焦光學(xué)件(202)與所述第二聚焦光學(xué)件(210)之間的線性距離為至少10cm。

15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的束提取系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)中繼器(218)包括從所述第一聚焦光學(xué)件(202)和所述第二聚焦光學(xué)件(210)的m個4f光學(xué)路徑，其中，m是大于一的整數(shù)。

16.一種光譜系統(tǒng)(300)，所述光譜系統(tǒng)包括：

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光譜系統(tǒng)，其中，所述外殼(302)是受控大氣室。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光譜系統(tǒng)，其中，所述外殼(302)包括電子束系統(tǒng)(310)，所述電子束系統(tǒng)被配置為通過所述第一聚焦光學(xué)件中的開口提供電子束(314)。

19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光譜系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括光譜儀(320)。

20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光譜系統(tǒng)，其中，所述檢測器(212)包括激發(fā)源(324)，所述激發(fā)源提供與所述光束(204)合并的激發(fā)束(326)。

21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光譜系統(tǒng)，其中，所述檢測器(212)包括光成像器(328)。

22.一種使樣本光穿過不同環(huán)境之間的方法(400)，所述方法包括：

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述光學(xué)中繼器(218)包括具有焦距f的第三聚焦光學(xué)件(220)和具有焦距f的第四聚焦光學(xué)件(222)，其中，所述光學(xué)中繼器(218)提供從所述第一聚焦光學(xué)件(202)到所述第二聚焦光學(xué)件(210)的4f光學(xué)路徑。

24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述樣本(206)由激發(fā)能量源照射。

25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述第一環(huán)境處于比所述第二環(huán)境低的壓力下。

技術(shù)總結(jié)
提供了一種束提取系統(tǒng)。該束提取系統(tǒng)包括第一聚焦光學(xué)件、第二聚焦光學(xué)件以及耦合到第一聚焦光學(xué)件和第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)中繼器。第一聚焦光學(xué)件被配置為使從樣本收集到的光形成光束，該樣本被定位在第一聚焦光學(xué)件的焦點(diǎn)處。第二聚焦光學(xué)件被配置為將該光束耦合到檢測器。光學(xué)中繼器為該光束提供從第一聚焦光學(xué)件到第二聚焦光學(xué)件的光學(xué)路徑。

技術(shù)研發(fā)人員：F·德克,J·莫羅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：熱電科學(xué)儀器有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19