[实用新型]一种用于显微角分辨光谱系统的角度测量装置

说明书

本专利公开一种用于显微角分辨光谱系统的角度测量装置，包括：科勒照明模块，角分辨光谱测试模块，显微物镜，三维平移台，角度位移台，微型反射镜。通过三维位移台可以精确调整微反射镜的位置，在进行角度测量时，通过精密的三维位移台可以将微型反射镜位置复位，减小位移移动所带来的实验误差。其中微反射镜是角度精确测量的核心部件，其微型化设计方便对短工作距离、大数值孔径物镜傅里叶面的角度进行测量。本专利提供了一种简易的、基于科勒照明的显微角分辨光谱系统角度测量装置及测量方法，所述装置可以作为独立模块对目前常规商用角分辨谱仪或实验室自行搭建开放式角分辨系统进行精确的角度测量。

技术领域

本专利属于光谱分析技术领域，尤其涉及一种适用于显微角分辨光谱系统精确角度测量的简易装置。

背景技术

随着单个电子器件尺寸的减小，纳米尺度下器件性能的保持面临着巨大挑战，摩尔定律的延续也越来越难以达到，这极大限制了传统半导体微电子产业的继续发展，为此人们除了在原有工艺基础上继续争取创新技术外，也不得不寻求可替代发展思路，这其中基于光子作为信息载体的微光子器件逐渐受到人们重视，光子器件具有天然的低功耗，速度快等特点，而目前面向光子器件最重要的发展方向即是利用人工微结构调控光场，人们可以根据功能需求设计并制备材料微结构，产生出新的物理效应，实现新的功能性光子器件，尤其是一些微腔集成结构，在调控光场方面具有非常大的优势，在学术界发展出了光子晶体、超材料、表面等离子体、自构型微腔以及超表面等一系列目前光学领域炙手可热的研究方向及交叉方向。

针对这些领域，传统的光谱表征手段有些跟不上需求，因为这些微结构的自身特点，其对光场调控往往需要在动量(角度)空间进行实验表征，而传统的商用显微光谱方法不具备这类功能，所以近些年具有角分辨功能的光谱技术逐渐发展起来，包括宏观角分辨(机械转动角度)以及微观显微角分辨(通过傅里叶面成像技术)等，部分具有此类功能的光谱测试技术已经实现商用化。这其中显微角分辨光谱技术发展非常迅速，其微米空间的分辨率对微结构调控光场领域是极大的技术创新，满足了微结构对空间分辨率的要求，成为该领域方向研究的基本表征技术。尽管如此，市面上甚至实验室内自己搭建的显微角分辨光谱系统目前存在最大的问题是傅里叶面成像技术中的角度测量问题，通过调研发现部分该类产品或者研究组内自用设备对角度测量缺乏手段，甚至在原理上理解错误。为此急需发展一套标准的、简单的角度测量装置和方法，可以满足用户常规的日常维护条件下的系统角度测量。

发明内容

本专利的目的是为了克服现有商用显微角分辨光谱系统或实验室用自行搭建角分辨光谱系统缺乏有效的、快速的且实施方法简单的角度测量问题，提出了一种基于科勒白光照明的角度测量装置，可对显微角分辨成像系统的傅里叶面上的任意位置点进行精确地角度测量，该方法适用于目前市面所有常规显微角分辨光谱系统，包括任意数值孔径、任意工作距离显微物镜。

本方法基于常规显微角分辨光谱系统的科勒照明技术及角度依赖的傅里叶面成像原理，所利用到的技术原理如下：

如图一中(a)所示，基于科勒照明的设计，白光源的实像位置落在显微物镜的傅里叶面(后焦平面)处，选取傅里叶面上一点(A点)，该点发出的光线在物镜的数值孔径内将在物方区域形成相对于物方平面的特定角度入射平行光，这里我们以一条光线作为示例，该光线经物方平面镜面反射后，经由物镜收集聚焦到傅里叶面(后焦平面)的B点处。由成像原理可以证明B点能否有光线汇聚完全取决于A点位置以及物方平面镜面的反射。

如果物方平面处镜面发生一个角度θ的偏转，如图一中(b)所示，由几何光线方法可以发现，镜面发生角度θ的偏转，将使得A点发出的光经过偏转后的镜面反射后聚焦于B’点位置，也就是物方镜面发生θ角偏转后将使得焦平面上的聚焦点由B点移动到B’点，假设A点是物镜数值孔径决定的傅里叶面最边界上一点，由前面所述可以知道镜面发生角度θ的偏转将使得B点到B’点范围内无光线汇聚，也就是这部分傅里叶面将无法被照亮。可以想象有个清晰的亮暗边界随着角度θ的增大而逐渐由B点向左移动。该条亮暗边界所移动的范围所对应的角度是2θ。