[发明专利]单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法及装置，属于微纳光子技术领域。

背景技术

一维纳米材料包括纳米线、纳米管等。这类材料不仅具有常规纳米材料所具有的表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等特性，而且还具有独特的光学性质、机械和热稳定性、导光和导电性以及光电导和场发射效应等，因而应用前景广泛。一维纳米材料的光学、电学性质与材料具体的形状、结构和尺寸密切相关。准确地表征单根一维纳米材料的结构和物理属性，是人工“裁剪”纳米材料性能的基础，更是设计高性能纳米光电子器件的前提。在众多一维纳米材料的表征方法中，光谱分析技术无疑是最直接、有效的一类。以瑞利散射、拉曼散射、吸收光谱为代表的光谱分析技术，已被广泛用于碳纳米管、半导体纳米线的物性表征。

目前，主要通过共聚焦显微装置实现一维纳米材料散射光谱的探测，例如，公开号为CN102053101A的专利中，利用共聚焦显微装置测量半导体纳米线的荧光光谱。然而，共聚焦显微装置仅使用一个物镜激发样品并收集散射光信号，在测量时容易受到强的背景光的影响，降低探测信号的衬比度，而且对探测光路的调节要求较高。为了克服上述方法的不足，本发明提出在探测光路中引入一个由成一定夹角的两个显微物镜构成的显微成像装置，通过调整两个物镜的夹角，使得直透背景光在空间耗散掉，只收集微弱的散射光信号进行探测和成像，从而提高信号探测的衬比度和分辨率。当用超连续谱激光器作光源时，由于其输出的超连续谱激光束具有很高的亮度和一定的相干性，可以通过显微物镜会聚到接近衍射极限尺度，因而可以大大提高激发光的功率密度和信号光的强度。同时，微米尺度的聚焦光斑可以确保聚焦光束落到单根一维纳米材料上，既便于实现单根一维纳米材料散射光谱的探测，又便于确定其位置。

傅里叶变换光谱仪是一种宽光谱范围和高灵敏度的光谱测量装置，其巧妙地利用了某种干涉分光装置将待测光信号一分为二，使之经过不同的时间延迟后再次重合而发生干涉，通过测量两束光在不同光程差时的叠加光强度I(L)及两光波无干涉时的强度之和I₀，并对两者之差作快速傅里叶变换，便可以解调出待测光信号的光谱分布函数i(u)，即

i(u)=2∫0∞[I(L)-I0]cos(2πuL)dL]]>

式中u＝1/λ为光波场的空间频率，L为两光波光程差。不同于传统的色散型光谱仪需要将信号光通过狭缝进行横向空间限制，傅里叶变换光谱仪直接将信号光无空间限制地引到探测器上，因此具有高光通量的优点；其次，傅里叶变换光谱仪有一路内置激光光路作为参考，用来定标光程差信息，大大提高了光谱仪的可靠性和测量精度；再次，傅里叶变换光谱仪的信噪比(SNR)正比于对测量样品扫描次数N的平方根，即SNR∝N^1/2，因此，扫描次数越多，所获得信号光光谱数据的信噪比越高。此外，对于时间调制型傅里叶变换光谱仪，其光谱分辨率(Res.)正比于干涉仪动镜移动的最长有效距离所引入的最大光程差L_max，即Res.∝1/L_max，因此，可以通过增大最大光程差来满足所需要的测量精度。高性能的时间调制型傅里叶变换光谱仪的动镜可以移动很长的距离，因而可以获得极高的光谱分辨率。

发明内容

要解决的技术问题

为了实现对单根一维纳米材料散射光谱的有效探测，本发明提出一种单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法及装置。

技术方案

一种单根一维纳米材料散射光谱的显微成像测量方法，其特征在于步骤如下：