[发明专利]用于衰减全反射光谱的校准系统

说明书

公开了一种ATR扫描仪(80)及其校准方法。所述扫描仪包括具有反射面和光学端口的ATR物镜(67)，所述光学端口适于接收第一光束，并将第一光束聚焦到反射面上的位置处的一点，使得第一光束被反射面反射，并且第一光束没有任何部分以大于临界角的角度撞击反射面。检测器(63b)测量从反射面反射的光的强度。控制器(69)控制焦点的位置，并确定作为反射面上的位置的函数的入射到反射面上的光的强度以及作为反射面上的位置的函数的从反射面反射的光的强度。

背景技术

量子级联激光器提供了一种可调谐的中红外(MIR)光源，可用于光谱测量和成像。许多感兴趣的化学成分具有在光谱的MIR区域激发的分子振动，所述区域的波长在5至25微米之间。因此，测量样品上不同位置的MIR光吸收可以提供关于作为样品位置的函数的样品化学性质的有用信息。

一类成像光谱仪根据样品上的位置和MIR照射光的波长来测量从样品直接反射的光。反射的光量取决于样品的化学和物理属性，因为光既可能因样品中的吸收(反映样本的化学组成)而损失，也可能因散射(取决于样本表面的物理状态)而损失。因此，将直接反射吸收产生的光谱与文库中已知的化学吸收光谱进行比较是一项重大挑战。

利用衰减全反射(ATR)照射样本的系统避免了样本对入射光散射造成的问题。例如，2018年1月9日发布的美国专利9,863,877描述了一种使用ATR扫描样本的一部分的方案。然而，在视场中的每个点以及在测量衰减的每种波长下提供照射强度的校准存在挑战。

发明内容

本发明包括一种扫描仪和一种使用衰减全反射光学器件校准扫描仪的方法。所述扫描仪包括ATR物镜，其具有：第一光学元件，其包括反射面，所述反射面由临界角表征；和光学端口，其适于接收第一光束，并将所述第一光束聚焦到由所述反射面上的位置和波长表征的点，使得所述第一光束被所述反射面反射，并且所述第一光束没有任何部分以大于所述临界角的角度撞击所述反射面。所述扫描仪还包括测量从所述反射面反射的光的强度的检测器和控制所述反射面上的位置的扫描系统。所述扫描仪还包括控制器，其控制所述扫描系统，并确定作为所述反射面上的位置的函数的入射到所述反射面上的光的强度以及作为所述反射面上的位置的函数的从所述反射面反射的光的强度。

在本发明的一个方面，波长由控制器确定。

在本发明的另一方面，所述扫描系统接收第二光束并将所述第二光束转换成所述第一光束。

在本发明的另一方面，所述控制器存储所述反射面的衰减图，所述衰减图提供作为所述波长的函数的所述反射面上每个点的衰减值，所述波长假设多个不同的值。

在本发明的另一方面，所述控制器根据在所述反射面接触样本之前撞击所述反射面上的校准位置的光强度的测量结果和所述衰减图来确定撞击所述反射面的光强度。

在本发明的另一方面，所述控制器针对所述第二光束的多个不同波长重复所述光强度的所述确定。

在本发明的另一方面，所述控制器适于在所述样本已经与所述反射面接触之后确定所述反射面上不与所述样本接触的位置。

在本发明的另一个方面，在所述反射面上的另一个位置与所述样本接触的同时，所述控制器根据撞击在所述反射面上不与所述样本接触的位置上的光的强度的测量结果来确定撞击所述反射面的光的强度。

在本发明的另一方面，所述扫描仪还包括：光源，其产生所述第一光束，所述扫描仪由所述光源与所述ATR物镜之间的第一光学路径以及沿着所述光学路径的第一气体环境表征；和校准系统，其接收所述第一光信号并沿着校准路径引导所述第一光信号，并且将所述第一光信号返回到所述检测器，所述校准路径具有分别与所述第一光学路径和所述第一气体环境基本相同的光学路径长度和气体环境。