[发明专利]微区域差分反射式光谱测量系统与方法

说明书

本发明涉及一种微区域光谱测量系统，包括光源模块、分束器、测量光路、参考光路、光谱接收模块，其中：光源模块，用于将复色光源产生的非偏振光束准直输出；分束器，用于将光源模块的输出平行光束分为测量光束和参考光束，分别进入测量光路和参考光路；测量光路，用于将测量光束汇聚至待测样品表面形成微小区域光斑构成临界照明，并使得经由待测样品反射的反射光束通过测量光路物镜返回，该光束经过分束器后进入光谱接收模块；光谱接收模块，用于进行待测样品和参考样品的反射光差分光谱的采集。本发明同时给出利用此种测量系统实现的微区域差分反射光谱的测量方法。

技术领域

本发明涉及光谱测量系统设计技术领域，尤其涉及一种微区域的差分反射式光谱测量系统与方法。

背景技术

一般来说，光谱测量系统的空间分辨能力取决于系统中光斑的大小。对于使用自由光路的光谱测量系统，其光斑约在cm量级；对于使用光纤的光谱测量系统，其光斑约在mm量级。在微纳光子学领域中，为了研究微观样品的光谱性能，经常需要将光谱测量系统的空间分辨率提高至μm量级。而做到这一点的难度在于，必须将光斑缩小约百倍，同时将系统的灵敏度提高约百倍。

差分反射光谱技术是一种高灵敏度的光谱测量方法，具有非接触、无损伤等特点，可以实现对物理变化或化学变化过程的在线检测。该技术主要应用于半导体研究、纳米薄膜厚度的原位测量与纳米结构的光学表征、表面缺陷检测等领域。当前的差分反射光谱测量系统不具有探测微区域差分反射信号的测量能力，这限制了其对于微观样品可能存在的不同结构问题的研究。

发明内容

本发明提供了一种微区域的差分反射式光谱测量系统及方法，技术方案如下：

一种微区域光谱测量系统，包括光源模块、分束器、测量光路、参考光路、光谱接收模块，其中：

光源模块，用于将复色光源产生的非偏振光束准直输出，对整个系统照明，包括：复色光源，用于输出非偏振连续复色光；入射光纤，用于传导复色光源的输出光；准直镜，用于将入射光纤的输出光调整为平行光束。

分束器，用于将光源模块的输出平行光束分为测量光束和参考光束，分别进入测量光路和参考光路；

测量光路，用于将测量光束汇聚至待测样品表面形成微小区域光斑构成临界照明，并使得经由待测样品反射的反射光束通过测量光路物镜返回，该光束经过分束器后进入光谱接收模块；

参考光路，用于将参考光束汇聚至参考样品表面形成微小区域光斑构成临界照明，并使得经由参考样品反射的反射光束通过参考光路物镜返回，该光束经过分束器后进入光谱接收模块；

光谱接收模块，包括：筒镜、出射光纤和光谱仪，经由分束器后的透射光束和反射光束经筒镜汇聚入出射光纤进入光谱仪，用于进行待测样品和参考样品的反射光差分光谱的采集。

优选地，所述的测量光路包括：

测量光路快门，用于控制测量光路中光束的通断；测量光路物镜，用于实现临界照明和提高微区域横向空间分辨力。

优选地，所述的参考光路包括：

参考光路快门，用于控制参考光路中光束的通断；参考光路物镜，用于实现临界照明和提高微区域横向空间分辨力。

所述的入射光纤可选用纤芯直径450微米以上的多模光纤。出射光纤选用纤芯直径为50微米的多模光纤。

本发明同时给出实现的微区域差分反射光谱的测量方法，包括以下步骤：

步骤A：控制复色光源通过入射光纤准直输出，选用基底与待测样品相同批次的参考样品；

步骤B：关闭测量光路快门，打开参考光路快门，测量参考样品的反射光谱Ref；

步骤C：打开测量光路快门，关闭参考光路快门，测量待测样品的反射光谱Test；