[发明专利]基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量装置与方法

权利要求书

1.基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量装置，其特征在于：包括环形光照明模块、环形光扫描模块、明场共焦探测模块和暗场布里渊频谱分析模块；

环形光照明模块按照光线传播方向依次为：激光器一（1）、单模光纤一（2）、双模光纤（3）、激光器二（4）、单模光纤二（5）、波分复用器（6）、光纤准直器（7）、扩束器（8）、半波片（9）和孔径光阑一（10）；

环形光扫描模块按照光线传播方向依次为：半反半透膜（11）、二维扫描振镜（12）、扫描透镜（13）、管镜（14）、物镜（15）和待测样品（16）；

明场共焦探测模块按照光线传播方向依次为：二向色镜（17）、聚焦透镜一（18）、针孔（19）和PMT探测器（20）；

暗场布里渊频谱分析模块按照光线传播方向依次为：孔径光阑二（21）、聚焦透镜二（22）、单模光纤三（23）、虚拟成像相控阵列光谱仪（24）和sCMOS相机（25）；

单模光纤一（2）与双模光纤（3）错位熔接，通过准直器（7）、扩束器（8）生成平行光束；通过缠绕双模光纤（3）并旋转半波片（9）调节光场分布至环形光；

双模光纤（3）输出环形光波长范围为500nm~550nm，单模光纤二（5）输出实心光波长范围为600nm-650nm；双模光纤（3）与单模光纤二（5）输出端连接波分复用器（6），输出双波长照明光；

孔径光阑一（10）滤出匹配物镜（15）入射孔径的环形光斑；孔径光阑二（21）的孔径与双模光纤（3）产生、并由扩束器（8）扩束后的环形光孔径互补匹配，调节至1.5mm~2mm，只允许携带待测样品（16）信息的散射光进入后续探测光路。

2.根据权利要求1所述的基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量装置，其特征在于：单模光纤一（2）截止波长为400nm~500nm，纤芯直径为3μm~3.5μm；双模光纤（3）截止波长为550nm~600nm，纤芯直径为3.5μm ~4.5μm。

3.基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量方法，该方法是基于权利要求1或2所述基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量装置实现的，其特征在于：具体步骤包括：

步骤a、激光器一（1）所发激光光束，经过单模光纤一（2）耦合进入双模光纤（3）后变为部分环形光，激光器二（4）所发激光光束注入单模光纤二（5）输出实心光，双模光纤（3）和单模光纤二（5）连接波分复用器（6），波分复用器（6）输出双波长照明光；

步骤b、波分复用器（6）输出的部分环形光以及实心光经过准直器（7）和扩束器（8）被准直放大为大孔径平行光束并入射至半波片（9），旋转半波片（9）至激光器一（1）所发入射光束被整形为标准环形光束，平行光束经孔径光阑一（10）截取光斑中心部分，使环形光外径匹配物镜（15）入射孔径；

步骤c、处理后的双波长照明光经过半反半透膜（11）、二维扫描振镜（12）反射，通过扫描透镜（13）聚焦至管镜（14）前焦面处，通过管镜（14）产生环形平行光束入射物镜（15），在待测样品（16）上形成聚焦光斑，实现对待测样品（16）的双波长照明；

步骤d、控制二维扫描振镜（12）偏转使聚焦光斑在待测样品（16）上进行二维扫描，待测样品（16）表面及亚表面中的直接反射光与散射光依次经过物镜（15）、管镜（14）、扫描透镜（13）、二维扫描振镜（12）后，透射半反半透膜（11），实现对样品（16）的双波长扫描；

步骤e、竖直方向移动待测样品（16），进行对待测样品（16）不同轴向位置的横向二维扫描，实现对待测样品（16）的三维显微测量；

步骤f、二向色镜（17）将光束分为两路：明场共焦探测光路及暗场共焦布里渊探测光路，其中，反射光路为明场共焦探测光路，实心光经过聚焦透镜一（18）聚焦至针孔（19），由PMT探测器（20）收集信号；

步骤g、二向色镜（17）透射光路传输环形光，入射到孔径光阑二（21）的光束被滤去反射光成分，只留下散射光信号，散射光束经过聚焦透镜二（22），被聚焦至单模光纤三（23）入射端端面纤芯位置从而耦合进单模光纤三（23），散射光信号通过单模光纤三（23）输出端入射虚拟成像相控阵列光谱仪（24），sCMOS相机（25）对散射信号进行布里渊频谱采集与分析，完成对待测样品（16）的暗场共焦布里渊探测。

4.根据权利要求3所述的基于光纤环形光束的暗场共焦布里渊显微测量方法，激光器一（1）所发激光光束的波长为500nm~550nm，激光器二（4）所发激光光束的波长为600nm-650nm。