[发明专利]基于彩色相机的二维材料形貌快速表征系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于彩色相机的二维材料形貌快速表征系统及方法，包括三色光源模块、分束器、测量光路、彩色成像模块与数据处理模块，其中：三色光源模块，用于整个系统的照明；分束器，用于将三色光源模块产生的照明光束分成两路光束，分别为测量光束与参考光束；彩色成像模块，分时控制光路通断，使用彩色相机分别对待测样品和标准样品进行成像；将两次成像时的光强图像按照感光面元上红、绿、蓝三个通道分别读出，获得样品三色光下的显微光强图像；数据处理模块，使用差分反射的计算方法，得到对应于红光、绿光、蓝光下被测样品的显微差分反射信号；利用模型反演与数据拟合的方法，获得各像素被测二维材料的厚度，结合像素排布，完成对二维材料形貌的表征。

技术领域

本发明涉及二维材料的光学原位快速表征技术领域及纳米结构测试技术领域，尤其涉及一种基于彩色相机的二维材料形貌快速表征的测量方法。

背景技术

二维材料是时下的热点研究方向，对其表征手段的研究是其他一切研究的基础。二维材料表现在仅在两个方向上为非纳米尺寸，而在厚度上为纳米尺寸。其性质独特，具有许多优异的性质，对其的研究具有重要的意义。为了更好的研究二维材料，首先就需要完善好表征手段。

目前，表征二维材料形貌的方法主要为AFM(原子力显微镜)，这种方法成本较高、速度较慢，同时还是一种接触式的测量方法。包括AFM在内的传统表征方法很难实现对二维材料形貌的快速表征，而二维材料的形貌(尤其是厚度)对其性质有着最直接的影响。对于一些结构不够稳定的二维材料来说，对形貌的快速表征具有非常重要的实际意义。

当前使用的显微差分反射光谱入射光一般为单色光，需要通过一系列的扫描光谱操作完成整个差分反射光谱线的测量，速度较慢。同时使用的为单色相机，不具备区分不同波长的能力。另一方面，如果单纯使用反射光谱的测量方法，则不能实现对二维材料的横向分辨，且难以对纳米级的厚度进行精确表征。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于彩色相机的二维材料形貌快速表征方法。技术方案如下：

一种基于彩色相机的二维材料形貌快速表征系统，采用复色光的显微差分反射光谱测量方式，包括三色光源模块、分束器、测量光路、彩色成像模块与数据处理模块，其中：

三色光源模块，用于整个系统的照明；

分束器，用于将三色光源模块产生的照明光束分成两路光束，分别为测量光束与参考光束；

测量光路，用于将测量光束汇聚至待测样品表面构成临界照明，并将经由待测样品反射的反射光束返回，经分束器进入所述的彩色成像模块；

参考光路，用于将参考光束汇聚至标准样品表面构成临界照明，并将经由标准样品反射的反射光束返回，经分束器进入所述的彩色成像模块；

彩色成像模块，分时控制光路通断，使用彩色相机分别对待测样品和标准样品进行成像；将两次成像时的光强图像按照感光面元上红、绿、蓝(R、G、B)三个通道分别读出，获得样品三色光下的显微光强图像；

数据处理模块，使用差分反射的计算方法，得到对应于红光、绿光、蓝光下被测样品的显微差分反射信号；利用模型反演与数据拟合的方法，获得各像素被测二维材料的厚度，结合像素排布，完成对二维材料形貌的表征。

所述的三色光源模块可以为滤光片组合型：复色光源产生的复色光经由三路光线分别经过中心波长分别对应红光、绿光、蓝光的滤光片，再经由光纤耦合器耦合到一根光纤中，经准直器准直为平行光束作为照明光束。所述的三色光源模块可以为三色激光型：将三个分别产生红光、绿光、蓝光的激光器输出的激光经过光路的耦合，输出成一路照明光束。

本发明同时提供利用所述的系统实现的二维材料形貌快速表征方法，包括以下步骤：

步骤A：产生一路仅包含三色光，即是红光、绿光、蓝光的照明光束；