[发明专利]一种固态超薄膜吸收光谱测量方法及相应的光谱测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及光谱测量技术和传感器技术领域，尤其涉及一种基于光波导技术的固态超薄膜偏振吸收光谱测量方法及相应的光谱测量装置。

背景技术

固态薄膜在集成光电子器件、传感器、太阳能电池、锂离子电池、液晶显示器、信息记录介质如光盘、磁盘、磁带、胶卷、相片等诸多方面具有极其广泛的应用。薄膜的电子和光谱特性常常对这些器件的性能有着深刻影响。因此，对薄膜电子和光谱特性的研究具有重要的科学意义和应用价值。常用的测量薄膜电子和光谱特性的方法包括紫外-可见分光光谱技术、反射光谱测量技术，傅立叶红外光谱技术，拉曼光谱技术等。由于灵敏度的限制，这些技术只适合测量厚度较大的固态薄膜的光谱特性，而无法准确测量固态超薄膜如单分子吸附层的光谱特性，更不能反映固态超薄膜光谱的偏振依赖性和界面依赖性。目前还缺少一种能够高灵敏度测定固态超薄膜偏振吸收光谱的方法。

发明内容

为解决上述的一个或多个问题，本发明提出一种固态超薄膜偏振吸收光谱测量方法及相应的光谱测量装置，把被测试的固态超薄膜淀积在光波导局部表面上，通过改变固态超薄膜上方介质的折射率而使分布在固态超薄膜内部的波导光能量发生变化，从而改变固态超薄膜对导波光的吸收，由此获得固态超薄膜的吸收光谱。本发明灵敏度高，操作简单，测量时间短，能够用于分析固态超薄膜光谱的偏振依赖性和界面依赖性，还可用于制作化学和生物传感器。

根据本发明的一个方面，提供了一种对固态超薄膜的偏振吸收光谱进行测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将光波导导波层3形成于光波导衬底2的一表面，之后将被测试的固态超薄膜4淀积在光波导导波层3的局部表面上；

步骤2，将光波导衬底2置于光波导承载件1的一表面；

步骤3，将样品槽5紧密覆盖在光波导导波层3上方，并使被测试的固态超薄膜4完全置于样品槽5内，并将样品槽进样口51与出样口52分别与蠕动泵和废液回收容器相连接；

步骤4，将输入耦合元件6a和输出耦合元件6b分别置于光波导导波层3的两端；

步骤5，将宽带聚焦光源7置于输入耦合元件6a的前方，线性起偏器71置于宽带线偏振聚焦光源7与输入耦合元件6a之间，宽带线偏振聚焦光源7发出的宽带聚焦光束垂直穿过线性起偏器71成为线偏振光，该线偏振光照射在输入耦合元件6a上被耦合进入光波导导波层3；

步骤6，将光谱分析仪8置于输出耦合元件6b的后方，以接收从输出耦合元件6b射出的光；

步骤7，记录光谱分析仪8的暗电流，作为背景信号I_B；

步骤8，利用光谱分析仪8记录样品槽5内为空气时的光波导导波层输出光强度谱，作为参比信号I_R；

步骤9，通过蠕动泵向样品槽5内注入液体样品，使液体样品完全覆盖固态超薄膜4，再次记录光波导导波层的输出光强度谱，作为样品信号I_S；

步骤10，将测得的背景信号I_B、参比信号I_R和样品信号I_S分别带入公式A＝-lg[(I_S-I_B)/(I_R-I_B)]中得到被测试的固态超薄膜4在不同波长下的吸光度A，形成被测试的固态超薄膜4的吸收光谱。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种固态超薄膜偏振吸收光谱测量装置，其特征在于，该装置包括：光波导承载件1、光波导衬底2、光波导导波层3、被测试的固态超薄膜4、样品槽5、输入耦合元件6a、输出耦合元件6b、宽带聚焦光源7、线性起偏器71和光谱分析仪8，其中，

光波导衬底2，置于光波导承载件1的一表面；

光波导导波层3，形成于光波导衬底2的一表面；

固态超薄膜4，淀积于光波导导波层3的局部表面；

样品槽5，紧密覆盖在光波导导波层3上方，并使固态超薄膜4完全置于样品槽5内，样品槽进样口51与出样口52分别与蠕动泵和废液回收容器相连接，液体样品由蠕动泵注入样品槽5；

输入耦合元件6a和输出耦合元件6b分别置于光波导导波层3的两端；

宽带聚焦光源7置于输入耦合元件6a的前方，光谱分析仪8置于输出耦合元件6b的后方；