光学系统预定位方法技术方案

本公开提供一种光学系统及该光学系统的荧光测量和预定位方法，光学系统包括定位平台、激光源、照明光源、控制单元、二向色镜、半反镜、分束镜、摄像单元以及显示单元。方法包括：通过激光定位第一位置，使叉丝的交叉点在显示单元中的显示位置为第一位置，将金刚石对顶砧置于定位平台，定位平台移动使金刚石对顶砧样品腔内的红宝石在显示单元中显示位置为第一位置，完成荧光测量，记录定位平台的坐标，最后根据金刚石对顶砧中金刚石折射率对记录的坐标进行校正。本公开能够实现金刚石对顶砧样品腔的压力测定以及预定位，不仅避免依赖Raman光谱系统对样品腔的压力进行标定，而且缩短了X射线衍射系统对金刚石对顶砧样品腔实验的定位时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高压实验
，具体而言，涉及一种光学系统及该光学系统的荧光测量方法和该光学系统预定位方法。
技术介绍
压力作为一个重要的热力学物理量，在凝聚态物理研究中起着重要的作用。在压力作用下，物质的体积收缩，自由能相应改变，物质相应地也会发生结构形态改变，如物质由液态凝固结晶；原为晶体的固体，可能发生晶体结构或电子结构的变化；在很高的压力下，半导体、绝缘体可能会出现金属转变等，这些现象通常称为高压相变，对它的变化机制与过程探索是高压科学领域研究中一个极为丰富的领域。X射线衍射、拉曼(Raman)散射等测量手段是提供高压相变信息的有效方法。北京同步辐射装置4W2高压实验站具备DAC(金刚石对顶砧高压装置)、X射线衍射系统、Raman光谱测量系统，可以实现对物质在高压条件下的结构和性质的研究。4W2高压实验站在每年通常会向高校、研究所等实验课题组开放提供三个月的实验机时，这些用户在分派的机时时间内进行实验，实验内容通常是利用DAC在X射线衍射系统上进行X射线衍射实验数据采集以及对DAC的样品腔内的压力进行标定。DAC样品腔内的压力标定通常是利用红宝石荧光标定，即在DAC的样品腔内同时放有待测样品与红宝石颗粒，通过测量红宝石的荧光峰的移动计算当前金刚石对顶砧样品腔内的压力，DAC是由带有磁性底座的Cell支架固定。4W2高压实验站的红宝石荧光压力标定与X射线衍射是分别在两个实验系统进行的。红宝石荧光压力标定在Raman光谱测量系统进行，在DAC加压以后，将固定有DAC的Cell支架放在Raman系统的平移台上，进行红宝石荧光光谱测量并通过荧光峰位置的移动计算得到金刚石对顶砧样品腔内的压力，再将固定有DAC的Cell支架放到X射线衍射系统的转台上，进行X射线衍射数据采集。由于实验站用户每做一个DAC的测试实验，都需要对几个甚至几十个压力点的样品状态进行X射线衍射数据采集，每改变一个压力，都要进行红宝石压力标定，在Raman系统上测量压力的间隔时间通常由X射线衍射的数据采集时间决定，采集时间通常与待测样品的散射能力及样品量等因素有关，典型时间为300秒。因此，用户在实验过程中，通常Raman系统由于进行红宝石压力标定是不能进行Raman实验的，这样大大降低了Raman系统的可用性。此外，在X射线衍射系统中，在开始某个DAC内样品的实验测试之前，将固定有DAC的Cell支架放到X射线衍射系统的转台上并利用X射线透射法定位DAC内样品腔的三维位置使金刚石对顶砧样品腔最终处在转台中心，在这一过程中，前提是需要将水平与垂直大小为20-40微米半高宽的X射线束穿过100微米左右的金刚石对顶砧样品腔，这一前级处理过程称作预定位。预定位过程通常可能花费较长时间，一方面在于首次实验时将固定有DAC的Cell支架放到转台以后，DAC内样品腔与转台中心在XYZ三个方向上都有差异，最大可差到几个毫米，这时候需要首先移动转台的水平与垂直方向使X射线能穿过金刚石对顶砧样品腔，这一过程通常是“盲移”，一般会花费几分钟甚至十几或几十分钟，预定位过程花费较长时间的其他原因由于不同DAC尺寸的少许差异、DAC安装到Cell支架上的位置稍有差异以及金刚石对顶砧样品腔大小以及封垫不同等因素都会造成预定位过程花费较长时间。通常实验站用户实验机时严格控制为12或24小时，如果用户频繁地更换DAC，每更换一次DAC就要重新定位金刚石对顶砧样品腔位置，如果每次预定位过程不是很顺利，这会使用户在金刚石对顶砧样品腔定位上累计花费较多时间，使用户的有效实验时间减少；而且在X射线衍射系统的专用对外开放期间，Raman光谱系统只能用作红宝石荧光测压功能，限制了Raman光谱系统的拉曼探测使用功能。因此，有必要研究一种兼具红宝石荧光测压与金刚石对顶砧样品腔预定位的装置，不仅可以避免依赖Raman光谱系统利用样品腔内红宝石进行压力标定，从而使Raman光谱系统能够独立进行实验，而且可以为X射线衍射系统对金刚石对顶砧样品腔的实验定位提供较好的初始位置，缩短对金刚石对顶砧样品腔的定位时间。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种光学系统及该光学系统的荧光测量方法和该光学系统预定位方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种光学系统，用于实现金刚石对顶砧样品腔的红宝石压力测定以及X射线衍射系统中金刚石对顶砧样品腔的预定位，所述光学系统包括定位平台、激光源、照明光源、控制单元、二向色镜、半反镜、分束镜、摄像单元以及显示单元；其中：所述定位平台用于放置所述金刚石对顶砧；所述激光源用于提供激光；所述照明光源用于提供照明光；所述二向色镜用于将所述激光源提供的激光反射至所述金刚石对顶砧样品腔以激发出红宝石荧光，将所述半反镜反射的所述照明光透射至所述金刚石对顶砧，将所述荧光、所述金刚石对顶砧反射的所述照明光透射至所述半反镜；所述半反镜用于将所述照明光源提供的照明光反射至所述二向色镜以及透射所述照明光以及所述红宝石荧光；所述分束镜用于将所述红宝石荧光透射至一光谱仪以及将所述照明光和所述红宝石荧光反射至所述摄像单元；所述摄像单元感测所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光，并通过所述显示单元显示；所述控制单元与所述定位平台连接，用于根据所述显示单元的显示内容控制所述定位平台的移动。本公开的一种示例性实施例中，所述激光源的发射端设置有第一反射镜，用于将所述激光反射至所述二向色镜。本公开的一种示例性实施例中，所述二向色镜与所述定位平台之间设置有物镜。本公开的一种示例性实施例中，所述分束镜和光谱仪之间还设置有第一透镜，用于将所述分束镜透射的所述红宝石荧光会聚至光谱仪。本公开的一种示例性实施例中，所述分束镜和摄像单元之间还设置有第二透镜，用于将所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光会聚至所述摄像单元。本公开的一种示例性实施例中，所述半反镜为可移动设置。本公开的一种示例性实施例中，所述分束镜和摄像单元之间还设置有第二反射镜，用于将所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光反射至所述摄像单元。根据本公开的另一个方面，提供一种光学系统荧光测量方法，用于上述的光学系统，包括以下步骤：记录所述激光在所述定位平台上形成的激光光斑在所述显示单元中的显示位置为第一位置；将一叉丝置于所述定位平台，并通过所述控制单元控制所述定位平台移动以使所述叉丝的交叉点在所述显示单元中的显示位置为所述第一位置；建立以所述第一位置为坐标原点的空间直角坐标系；所述空间直角坐标系的X轴和所述定位平台的第一移动方向平行、Y轴和所述定位平台的第二移动方向平行、Z轴和所述定位平台的第三移动方向平行；所述第一移动方向、第二移动方向以及第三移动方向相互垂直；将所述金刚石对顶砧置于所述定位平台，并通过所述控制单元控制所述定位平台移动以使所述金刚石对顶砧样品腔内的红宝石在所述显示单元中显示位置为所述第一位置，且记录所述定位平台在所述空间直角坐标系中的坐标为(X1，Y1，Z1)；通过所述控制单元控制光谱仪，对所述金刚石对顶砧样品腔内的红本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统，用于实现金刚石对顶砧样品腔红宝石的压力测定以及X射线衍射系统中金刚石对顶砧样品腔的预定位，其特征在于，所述光学系统包括定位平台、激光源、照明光源、控制单元、二向色镜、半反镜、分束镜、摄像单元以及显示单元；其中：所述定位平台用于放置所述金刚石对顶砧；所述激光源用于提供激光；所述照明光源用于提供照明光；所述二向色镜用于将所述激光源提供的激光反射至所述金刚石对顶砧样品腔内的红宝石以激发出红宝石荧光，将所述半反镜反射的所述照明光透射至所述金刚石对顶砧，将所述红宝石荧光、所述金刚石对顶砧反射的所述照明光透射至所述半反镜；所述半反镜用于将所述照明光源提供的照明光反射至所述二向色镜以及透射所述照明光以及所述红宝石荧光；所述分束镜用于将所述红宝石荧光透射至一光谱仪以及将所述照明光和所述红宝石荧光反射至所述摄像单元；所述摄像单元感测所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光，并通过所述显示单元显示；所述控制单元与所述定位平台连接，用于根据所述显示单元的显示内容控制所述定位平台的移动。

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，用于实现金刚石对顶砧样品腔红宝石的压力测定以及X射线衍射系统中金刚石对顶砧样品腔的预定位，其特征在于，所述光学系统包括定位平台、激光源、照明光源、控制单元、二向色镜、半反镜、分束镜、摄像单元以及显示单元；其中：所述定位平台用于放置所述金刚石对顶砧；所述激光源用于提供激光；所述照明光源用于提供照明光；所述二向色镜用于将所述激光源提供的激光反射至所述金刚石对顶砧样品腔内的红宝石以激发出红宝石荧光，将所述半反镜反射的所述照明光透射至所述金刚石对顶砧，将所述红宝石荧光、所述金刚石对顶砧反射的所述照明光透射至所述半反镜；所述半反镜用于将所述照明光源提供的照明光反射至所述二向色镜以及透射所述照明光以及所述红宝石荧光；所述分束镜用于将所述红宝石荧光透射至一光谱仪以及将所述照明光和所述红宝石荧光反射至所述摄像单元；所述摄像单元感测所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光，并通过所述显示单元显示；所述控制单元与所述定位平台连接，用于根据所述显示单元的显示内容控制所述定位平台的移动。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述激光源的发射端设置有第一反射镜，用于将所述激光反射至所述二向色镜。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述二向色镜与所述定位平台之间设置有物镜。4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分束镜和光谱仪之间还设置有第一透镜，用于将所述分束镜透射的所述红宝石荧光会聚至光谱仪。5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分束镜和摄像单元之间还设置有第二透镜，用于将所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光会聚至所述摄像单元。6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述半反镜为可移动设置。7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分束镜和摄像单元之间还设置有第二反射镜，用于将所述分束镜反射的所述照明光和所述红宝石荧光反射至所述摄像单元。8.一种光学系统荧光测量方法，用于权利要求1～7任一项所述的光学系统，其特征在于，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，宫宇，李延春，杨栋亮，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11