[发明专利]一种显微偏振光谱分析系统及方法

说明书

本发明提出了一种显微偏振光谱分析系统，包括白光光源、起偏系统、偏振分析系统和显微成像系统，在所述起偏系统与偏振分析系统之间设置有样品；所述起偏系统包括一个可绕中心轴旋转的光学起偏器；所述偏振分析系统包括偏振分束器以及第一光谱仪和第二光谱仪，所述偏振分束器分别通过光纤与第一光谱仪和第二光谱仪连接；所述显微成像系统包括放置于样品前的物镜和放置于相机前的成像透镜。本发明的系统适用于从紫外到红外的整个光谱区域，构造简单，能够测量整个光谱的磁光特性。

技术领域

本发明涉及一种可用于材料的结构分析和光学吸收及偏振光谱测量技术，具体的说是一种显微偏振光谱分析系统及方法，属于光偏振分析技术领域。

背景技术

1845年，法拉第发现线性偏振光在磁场中通过玻璃传播时，其偏振面发生了旋转；随后克尔在反射式装置中也发现了类似的结果。这种现象被叫做磁光（magneto-optical,MO）效应，现如今已被广泛应用于磁化成像、磁光碟、电信和电流传感器等领域。

通常，MO活性是非常小的，一般表现为法拉第旋转角小于1°，由于调制幅度依赖于波长的大小，传统的系统采用一种基于单色光的调制方法，为了获得MO活性的光谱信息，需要通过单色仪来改变光波长。因此，这些系统为了提高很小的MO活性的高灵敏度花费了大量的时间。MO活性的快速光谱表征一直被人们期待着。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种显微偏振光谱分析系统，同时给出了显微偏振光谱分析方法，能够快速、灵活地对UV（紫外线）到IR（红外线）的全光谱范围进行MO谱评定。

本发明提供一种显微偏振光谱分析系统，包括白光光源、起偏系统、偏振分析系统和显微成像系统，在所述起偏系统与偏振分析系统之间设置有样品S；所述起偏系统包括一个可绕中心轴旋转的光学起偏器P；所述偏振分析系统包括一个偏振分束器PBS（polarization beam splitter）以及两个相同的光谱仪，分别为第一光谱仪和第二光谱仪，所述偏振分束器PBS分别通过光纤与第一光谱仪和第二光谱仪连接；所述显微成像系统包括放置于样品S前的物镜L3和放置于相机CCD前的成像透镜L2。

据了解，自然光通过偏振器后就变为线偏振光。这一事实性结论已被作为一项基础技术广泛应用于偏振层析成像中。线偏振光可由琼斯矢量表示，线性光学元件可由琼斯矩阵表示。当光穿过光学元件，通过获取光学元件的琼斯矩阵和入射光的琼斯矢量的乘积，可以得到出射光的所得偏振。本发明基于这个简单的想法设计了一种偏振分析光谱仪系统和方法，采用白光光源并对其波长进行平行测量，大大节省了测量整个光谱MO活性的时间。本发明的起偏系统用于改变光束的偏振方向，偏振分析系统用于产生偏振光和分析接收的偏振光，显微成像系统用于准直光束和成像。

作为本发明的进一步技术方案，进一步的，将光束在该起偏系统中的传播方向（横向）定义为z轴，与光束传播方向相垂直的竖向定义为y轴，与光速传播方向相垂直的纵向定义为x轴；所述光学起偏器P设置于电动平台上，所述光学起偏器P的偏振方向与x轴之间的夹角为45°。

进一步的，所述白光光源朝向第一光纤的入光口布置，所述第一光纤的出光口朝向第一准直透镜L1布置，所述第一准直透镜L1下方设置有分光镜BS（beam splitter），所述分光镜BS前方设置有光学起偏器P，所述分光镜BS后方设置有相机，在所述光学起偏器P与偏振分束器PBS之间的连接光路上依次设置有成像透镜L2、样品S和物镜L3。

上述结构中，成像透镜L2、物镜L3组成显微成像系统，通过该显微成像系统在样品上选定分析区域，对样品进行偏振显微分析；相机用于成像和检测成像透镜L2的聚焦条件；该显微成像系统还可用于对材料的形貌、尺寸进行观察并分析，同时对材料的各向异性进行测定分析等。

进一步的，在所述第一准直透镜L1与分光镜BS之间的连接光路上设置有滤光片ND（the neutral density filter）。