[发明专利]采用光纤束分光的垂直入射宽带光谱仪及光学测量系统

权利要求书

1.一种采用光纤束分光的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，包括：光源、光纤束、光探测器，所述光纤束包括入射光纤子束、出射光纤子束，所述入射光纤子束和所述出射光纤子束均包含至少一根光纤或光纤芯；

所述入射光纤子束具有第一端口组和第二端口组，所述出射光纤子束具有第三端口组和第四端口组，所述入射光纤子束的第二端口组和所述出射光纤子束的第三端口组在同一横截面上；

所述入射光纤子束，用于引导从所述第一端口组入射的所述光源发射的探测光，从所述第二端口组出射，入射样品表面；

所述出射光纤子束，用于引导从所述第三端口组入射的所述探测光经过所述样品表面的反射光，从所述第四端口出射，入射所述光探测器。

2.根据权利要求1所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：所述入射光纤子束为反射/背散射光纤束的预设光纤，所述出射光纤子束为反射/背散射光纤束的预设光纤外的光纤。

3.根据权利要求1所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：

所述光纤束由一根中心光纤和环绕所述中心光纤的若干根分支光纤构成，所述若干根分支光纤横截面上的圆心位于所述中心光纤的同心圆环上，并等分此圆环；

所述中心光纤作为入射光纤子束，所述若干根分支光纤作为出射光纤子束；或所述中心光纤作为出射光纤子束，所述若干根分支光纤作为入射光纤子束。

4.根据权利要求3所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：当所述若干根分支光纤作为出射光纤子束时，所述若干根分支光纤的所述第四端口组排列为与所述光探测器入光口形状对应的形状。

5.根据权利要求4所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：所述光探测器的入光口为狭缝时，所述第四端口组的各端口呈一字排列。

6.根据权利要求1所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：所述光谱仪还包括：

聚光单元，位于所述第二端口组、第三端口组所在的横截面和所述样品之间，用于将从所述第二端口组出射的探测光会聚至所述样品表面，和将所述样品表面的反射光会聚至第三端口组。

7.根据权利要求6所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：所述聚光单元为聚焦透镜或超环形反射镜。

8.根据权利要求7所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：当所述聚光单元为聚焦透镜时，所述样品位于所述聚焦透镜的离焦位置；

当样品平面以所述聚焦透镜聚焦时，像平面为参考移动，满足关系式：d=2h(s-f)2tanθf2;]]>或

当所述第二端口组、第三端口组所在的横截面以所述聚焦透镜聚焦时的物平面为参考移动，满足关系式：

其中f为所述聚焦透镜的焦距，s为所述横截面距离所述聚焦透镜的距离，h为所述样品距离焦平面距离，d为反射光束与入射平面交点与中心光源偏移距离，θ为所述探测光从所述第二端口组出射的角度。

9.根据权利要求8所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：当所述聚光单元为聚焦透镜时，所述聚焦透镜为校正三片镜组件，三胶合透镜或双胶合透镜。

10.根据权利要求1所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于：所述光探测器为光谱计。

11.根据权利要求10所述的垂直入射宽带光谱仪，其特征在于，所述光谱仪还包括：

计算单元，与所述光谱计相连，用于接收所述光谱计输出的样品的反射率，利用所述反射率计算样品材料的光学常数和/或分析样品材料的周期性微结构的临界尺度特性或三维形貌。