[发明专利]用于高通量材料表征的二维扫描系统及测量方法

说明书

用于高通量材料表征的二维扫描系统与方法，应用于高通量材料表征与扫描领域。本发明提出了三种不同的二维扫描系统与方法，其均由激光器、高效分光单元、样品、光电探测器组成，实现高采样速度、大数据量、高空间/时间分辨率的材料扫描。基于空间逐点法的二维扫描系统，采用单一MEMS镜和二维1×n² MEMS镜的组合对样本进行逐点扫描；基于空间并行法的二维扫描系统，利用两个二维1×n² MEMS镜的组合进行并行扫描；基于空时‑并串转换法的二维扫描系统，利用空间扩散/分散器和时域分散器进行二维扫描。三种方法均能用于高通量材料表征技术，基于MEMS的时间到二维空间映射的扫描系统和基于空间扩散/分散器的直接映射到二维空间的扫描系统均能使扫描速度大幅度提升。

技术领域

本发明涉及三种用于材料表征的二维扫描方法，具体涉及利用MEMS反射镜或空间扩散/分散器进行二维扫描以进行高通量材料表征，属于高通量材料表征与扫描技术领域。

背景技术

高通量材料是指一次制备出大量包含不同组分的材料样品，通过并行处理的方法，快速获取不同材料的组分、微观结构和宏观性能等数据，从而建立三者的映射关系，最终实现快速的材料优选。经过40年的发展。材料高通量制备与表征技术已取得了较大的进展，并被证明可有效地加速材料研发的进程，因此被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。

在制备出高通量材料后，下一步工作是对材料性能参数进行测量，从而获得材料组分-宏观性能参数的映射表。

目前，基于光学方法的高通量表征技术蓬勃发展。如美国集成微区x射线荧光和衍射系统，开发了微区瞬逝微波探针显微镜，空间分辨率达10μm，可以同时检测高通量材料的成分和结构。美国马里兰大学的教授报告了基于椭偏面成像技术的整列样品表征方法，可实现对阵列样品厚度、折射率的高通量表征。除了面成像椭偏分析技术外，激光椭偏仪、阴极荧光计等均可实现高通量微区光学性质表征。

微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)，指尺寸在几毫米乃至更小的装置，是一个独立的智能系统。MEMS微镜是指采用光学MEMS技术制造的，把微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起的光学MEMS器件。

二维空间扩散/分散器能够将入射的宽带光转换成二维空间光谱模式中的光束，通常称为光谱簇射。它在二维空间坐标和光波长之间创建了一个一对一的映射。

本发明的根本目的是利用MEMS反射镜或二维空间扩散/分散器进行二维扫描以进行高通量材料表征则可以实现高采样速度、大数据量、高空间/时间分辨率的材料扫描。

发明内容

本发明的目的是提出用于高通量材料表征的二维扫描系统及测量方法。

本发明提出了用于高通量材料表征的三种二维扫描系统，其均由激光器、高效分光单元、样品、光电探测器组成，通过快速扫描实现高通量探测。

本发明的关键是，利用MEMS反射镜或空间扩散/分散器，设计从时间到二维空间转换和频率到二维空间转换的扫描系统，使扫描系统的速度大幅提升。

本发明采用的技术方案具体为：

一种基于空间逐点法的二维扫描系统，包括：

激光器，作为扫描系统的光源；

第一准直器，位于与激光器相连接的光纤后，用于将光纤传输的激光准直为自由空间平行光；

第一波片，位于第一准直器后，用于改变激光光束的偏振方向；

偏振分束器，位于第一波片后，用于改变样品反射的光束的传播方向，便于光电探测器接收；

第二波片，位于偏振分束器后，用于改变从偏振分束器出射的光束的偏振方向以及改变样品反射的光束的偏振方向；