[发明专利]偏振方向连续协同、协异可调的显微拉曼光谱实验装置

说明书

技术领域

本发明属于光学测量技术，具体涉及一种可对入射光和散射光偏振方向连续协同、协异调节的显微拉曼光谱实验装置。

背景技术

显微拉曼光谱实验系统一般采用可见、紫外或近红外激光作为激发光源，利用激光良好的偏振性分析被研究对象在各种入射光与散射光偏振方向组合构形下的拉曼散射特性，是显微拉曼光谱实验系统的一个重要应用方式。随着科学研究与工程应用的不断深入，诸如晶体材料的偏振拉曼参数定量测量、纤维复合材料顺向度估算、微尺度平面应变实验分析等测量工作，需要在实验中随时连续协同或者协异的调节入射光和散射光的偏振方向。其中连续是指能够将入、散偏振方向调整到任意角度(以0°～180°为周期)；协同调节是指调节入射光和散射光时始终保持二者偏振方向一致；协异则是指始终保持入、散偏振相差某一固定角度(协同是协异的一个特殊形式，即协异角度为零)。

目前的显微拉曼光谱实验系统采用入射、散射光偏振分别控制装置实现偏振调节。用于入射光偏振调节的半波片一般放在从激光器出射口前端；用于散射光检偏的偏振片一般安装在拉曼光谱仪主机内部，而且除非特别定制否则只有水平和正交两个偏振方向可手动选择切换(不能连续可调)。入射光首先经过半波片调整偏振方向后再入射到被测物体表面，而散射光要经过偏振片检偏后，再进行光谱摄取。实验中要分别通过操纵半波片和偏振片的机构来调节入、散射光的偏振方向。这种分别控制的方法虽然提供了较多的偏振构形选择，但是对于需要随时调整入、散射光偏振方向的实验来说操作相当繁琐，更无法实现连续、协同或任意角度协异地调节偏振方向。同时，调节散射光偏振方向必须打开光谱仪主机外壳，因此反复的操作容易给光谱仪带入灰尘或其它杂物，从而影响其精度和寿命。已经公开的有关拉曼光谱实验系统的连续协同调节方法与装置的相关技术，仅能够实现入射、散射偏振的协同调节，而无法实现协异调节。

发明内容

鉴于此，本发明的目的是提供一种能够简便、连续地协同或协异调节入射与散射光偏振方向的显微拉曼光谱实验系统。

以下结合附图对本发明结构装置及技术原理进行说明。偏振方向连续协同、协异可调的显微拉曼光谱实验装置，具有激光器、Edge滤光片、半波片、显微镜、偏振片和拉曼摄谱仪等。由激光器、Edge滤光片、显微镜和拉曼摄谱仪组成显微拉曼光谱实验系统，在Edge滤光片与显微镜之间设有半波片；在Edge滤光片与拉曼摄谱仪之间设有偏振片。由半波片和偏振片组成偏振协同/协异调节组件，激光器出射的激光经过Edge滤光片反射、半波片透射、通过显微镜聚焦入射在被测物体表面。由显微镜收集发自于被测物体的散射光依次通过半波片、Edge滤光片和偏振片透射后进入拉曼摄谱仪，由拉曼摄谱仪摄录拉曼光谱信息。其中激光器出射激光的频率与Edge滤光片的阻光频率相一致(如图1)。由于Edge滤光片和显微镜对入射和散射光的偏振方向都没有影响，因此在图2和图3中无须将Edge滤光片和显微镜标出。

针对需要连续协同调节入射光和散射光偏振方向的实验时：半波片的快光轴初始方向与偏振片的检偏方向设为与激光器出射激光的偏振方向平行。以沿光传播方向观察并取其法平面上顺时针为正，当需要将入射、散射光的偏振方向协同调整到与初始方向呈θ角时，只须将半波片的快光轴角度(即快光轴方向与入射光初始方向的夹角)调节为θ/2角。θ角为入射光偏振方向与初始方向的夹角，θ角从-90°～90°，并且散射光偏振方向始终与入射光偏振方向平行。

针对需要连续协异调节入射光和散射光偏振方向的实验时(即始终保持入射光和散射光二者偏振方向的夹角为某一固定值α)：半波片的快光轴初始设为与激光器出射激光的偏振方向平行。即入射光和散射光二者偏振方向的夹角α并保持不变，偏振片的检偏方向与激光器出射激光的偏振方向也呈α夹角。α为入射光和散射光偏振方向的夹角，α角从-90°～90°。当需要将入射、散射光的偏振方向协异调整到与各自初始方向呈θ角时，也须将半波片的快光轴角度调节为θ/2角。θ角的定义与上述相同。