[发明专利]共聚焦显微红外调制光致发光谱实验装置及测试方法

权利要求书

1.一种共聚焦显微红外调制光致发光谱测试装置，包括泵浦激光及其方向稳控与准直模块、反射物镜激光聚焦与红外信号收集模块、低/变温载物台、亚微米级分辨的六维电控位移台、准实时影像监测模块、步进扫描迈克尔逊干涉仪、幅值调制与相敏检测模块以及计算机控制系统，其特征在于：

所述的泵浦激光及其方向稳控与准直模块主要包括激光器(101)、激光功率控制器(102)、空间滤波器(103)、激光准直光路(104)和激光扩束器(105)；激光器(101)产生光子能量大于待测样品禁带宽度的连续泵浦激光，其输出功率由激光功率控制器(102)控制，保障功率长时间稳定，激光经过空间滤波器(103)优化光斑，然后经过由透镜组构成准直光路(104)，保障激光方向长时间准直，该激光经过机械斩波轮(701)幅值调制后由激光扩束器(105)扩束，扩束后的激光光斑直径与反射物镜(202)光瞳直径一致；

所述的反射物镜激光聚焦与红外信号收集模块主要由可见-红外二向色分束器(201)、反射物镜(202)、针孔光阑(203)以及若干抛物面反射镜构成；可见-红外二向色分束器(201)在可见光波段具有大于70％的透过率，在3-20微米的红外波段具有大于70％的反射率，反射物镜(202)工作波段覆盖0.5-20微米，扩束后的激光透过二向色分束器(201)后入射物镜(202)，聚焦于待测样品(302)表面，聚焦光斑尺寸主要由物镜(202)数值孔径和激光波长决定，激光泵浦所产生的红外光致发光信号由物镜(202)收集，输出到二向色分束器(201)，反射至一对共焦点的抛物面反射镜对，在抛物面镜焦点处放置针孔光阑(203)，通过对其直径的选择，实现红外光致发光信号的空间滤波；

所述的低/变温载物台包括光学低/变温恒温器(301)和位于其中的待测样品(302)，光学低/变温恒温器(301)可以实现4-300K范围内的长时间稳定；

所述的亚微米级分辨的六维电控位移台包括亚微米级六轴调节与复位架(401)和用于控制调节架各轴之间独立工作的控制器(402)；

所述的准实时影像监测模块包括覆盖激光波长的分束器(501)，其透反比的选择保证信号的可靠激发和高效收集，变焦CMOS高清相机(502)和白光照明光源(503)；

所述的步进扫描迈克尔逊干涉仪主要由覆盖3-20微米波长且透反比为5:5的分束器(601)、定镜(602)、步进扫描的动镜(603)、红外探测器(604)以及控制动镜(603)状态和进行快速反傅里叶变换运算的电路单元(605)组成；

所述的幅值调制与相敏检测模块包括机械斩波轮(701)、斩波频率控制器(702)和锁相放大器(703)；斩波频率控制器(702)控制斩波轮(701)调制频率，并将其作为正弦参考信号输入锁相放大器(703)，同时锁相放大器(703)接收探测器(604)电信号作为输入信号并输出信号至电路单元(605)；

所述的计算机控制系统(8)接收来自电路单元(605)的步进扫描检测信号和反傅里叶变换后的光谱信号，同时控制六轴调节架的控制器(402)使待测样品(302)在反射物镜(202)的焦点位置按照程序设定的路径做垂直激光光轴的相对运动，待接收到电路单元(605)的步进扫描完成信号后，发出指令给控制器(402)使样品(302)相对移动一步，不断循环这一过程，待全部光谱扫描完成后根据程序路径重新排列光谱顺序，组合成扫描图像。

2.一种基于权利要求1所述共聚焦显微红外调制光致发光谱测试装置的共聚焦显微红外调制光致发光谱测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将载有待测样品(302)的光学杜瓦(301)固定到亚微米级六轴调节与复位架(401)上，并设定杜瓦内温度为所需温度；

2)打开照明光源(503)，通过变焦CMOS高清相机(502)观察和监测待测样品(302)微观位置；

3)激光器(101)输出的激光先后经过功率控制器(102)稳定功率、空间滤波器(103)优化光斑质量、激光准直光路(104)实现准直传输和激光扩束器(105)扩束至与反射物镜(202)光瞳直径一致，然后通过反射物镜(202)形成微区聚焦；

4)通过高清相机(502)观察激光聚焦效果，并估计聚焦光斑尺度

5)通过计算机控制系统(8)控制六轴调节架的控制器(402)使待测样品(302)在激光传输方向移动，使样品(302)表面刚好位于物镜(202)焦点处；

6)通过计算机控制系统(8)控制六轴调节架的控制器(402)调节待测样品(302)倾角，使其表面与入射激发光垂直；

7)重复步骤5)和6)，使待测样品(302)表面既位于物镜(202)焦点处又与激光光轴垂直，此过程可利用相机(502)对光斑状况进行监测；

8)设定待测样品(302)的微观位置，关闭照明光源(03)，根据空间分辨率和光致发光信号强度需求选择合适针孔直径的针孔光阑(203)，并微调其空间位置，使其恰好位于对偶抛物面反射镜的焦点；

9)开启动镜(603)的步进扫描，待测样品(302)的光致发光信号由物镜(202)收集，经由二向色分束器(201)和针孔光阑(203)，进入迈克尔逊干涉仪并由探测器(604)转化为电信号，馈入锁相放大器(703)的输入端，同时斩波控制器(702)的频率信号作为锁相放大器(703)的参考信号对探测器(604)的电信号进行相敏检测解调，而后输出到电路单元(605)进行反傅里叶变换，所得信号输送到计算机控制系统(8)储存；

10)在每次动镜(603)步进扫描获得光谱结束后，电路单元(605)向计算机控制系统(8)发送结束信号，而后计算机控制系统(8)发出指令给控制器(402)使样品(302)按照预设路径移动一步；

11)重复步骤10)，直至全部完成设定的扫描光谱，计算机控制系统(8)根据预设的路径重排光谱顺序，形成显微成像。