基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法技术方案

一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法，所述反射差分光学测量系统包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，对第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，用于光强信号采集。本发明专利技术的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法能够实现对样品光学反射各向异性的显微光谱测量，测量中无机械转动，具有结构简单、稳定性好、调节方便等特点。

【技术实现步骤摘要】
基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法
本专利技术属于超薄膜光学表征领域及纳米结构测试
，具体涉及一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法。
技术介绍
超薄膜与纳米结构的光学表征与测试方法在其工艺研究与改进中占据重要的地位。其中，反射差分光学测量技术测量样品表面反射引起的光学各向异性，进而对样品的形貌、理化特性等进行研究分析。目前的反射差分光学测量系统以光谱信号测量为主，全谱信号测量速度较低，且机械振动引入的误差与噪声难以避免。另外，现有测量方法的横向空间分辨力普遍较低。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法，以便解决上述问题的至少之一。本专利技术是通过如下技术方案实现的：作为本专利技术的一个方面，提供一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将所述光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，其连接所述第一分束器，对所述第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，位于反射差分模块与待测样品之间，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，其连接所述第一分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，其连接所述第二分束器，用于光强信号采集。优选地，所述信号采集模块为单色成像模块或光谱测量模块；其中，所述单色成像模块用于进行单色光强图像采集；所述信号采集模块用于进行光强谱采集。优选地，所述反射差分模块包括：偏振器，用于将由所述第一分束器反射的非偏振光调制为线性偏振光，同时检测样品表面的出射光束在当前偏振方向上的振幅；调制器，用于对光束进行相位延迟调制；第一旋转装置，与所述偏振器连接并控制其方位角；以及第二旋转装置，与所述调制器连接并控制其方位角。优选地，所述调制器为液晶可变相位延迟器。优选地，所述光源模块包括：光源，用于输出非偏振复色光；第一光纤，用于传导所述光源输出的光束；以及准直镜，用于将所述第一光纤输出的光调整为平行光束。优选地，所述单色成像模块包括：滤光片，用于实现单色光滤波；筒镜，用于与所述显微物镜构成无限远校正成像系统；以及单色相机，位于所述筒镜焦点处，对样品单色成像。优选地，所述光谱测量模块包括：汇聚镜，用于将平行光汇聚；第二光纤，用于传导所述汇聚镜形成的汇聚光；以及光谱仪，用于测量光强度谱数据。优选地，测试光斑直径为1～2mm，光学分辨力为2μm，光谱测量范围为400～850nm。作为本专利技术的另一个方面，提供一种利用前述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统进行的反射差分光学显微测量方法，包括以下步骤：步骤A：偏振器由第一旋转装置带动旋转至一方位角后保持静止，产生固定方位角的线性偏振光；调制器在第二旋转装置带动下，转动至与偏振器方位角相差45°的位置；步骤B：调制器在每一次测量过程中均改变n个相位延迟值δi(i＝1，2，3，...n)，其中n≥3；单色相机对应于调制器的n个相位延迟值采集n次光强图像，单色相机中单个像素获得的光强对应为Ii(i＝1，2，3，...n)；光谱仪对应于调制器的n个相位延迟值采集n次光谱数据，光谱仪中单个波长下获得的光强对应为Ii(i＝1，2，3，…n)；步骤C：根据步骤B中单色相机单个像素或光谱仪单个波长采集到的数据，求解如下方程组：将求解得到的N、C带入如下公式即可得到单色相机单个像素或光谱仪单个波长对应的样品表面的反射差分信号：其中j为虚数单位；步骤D：对光谱仪对应的所有波长重复步骤C，即可获得样品表面的反射差分光谱；对单色相机所有像素重复步骤C，即可获得当前滤光片下，样品表面的反射差分图像；步骤E：对单色相机更换不同波长的滤光片，重复步骤步骤B至步骤D，即可获得样品表面的反射差分显微光谱。从上述技术方案可以看出，本专利技术的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法具有以下有益效果：(1)能够实现对样品表面光学反射各向异性的显微测量。(2)能够实现对样品表面光学反射各向异性的非机械转动调制式的光谱测量。(3)可根据需要，同时进行显微测量与光谱测量。(4)便于安装集成其它光学元件，适用于对光学功能拓展有不同要求的科研和应用领域，有效提高了仪器的设计效率和通用性；光学元件的互换性好，可依据应用场合更换优选器件。附图说明图1为本专利技术实施例中基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统的示意图；图2为本专利技术实施例中基于液晶可变延迟器的反射差分显微测量方法的流程框图；图3为本专利技术实施例中基于液晶可变延迟器的反射差分光谱测量方法的流程框图；【附图元件说明】1-光源；2-第一光纤；3-准直镜；4-第一分束器；5-第一旋转装置；6-偏振器；7-第二旋转装置；8-调制器；9-显微物镜；10-样品；11-第二分束器；12-滤光片；13-筒镜；14-单色相机；15-汇聚镜；16-第二光纤；17-光谱仪。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法，所述基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，对第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，用于光强信号采集。本专利技术的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统及方法能够实现对样品光学反射各向异性的显微光谱测量，测量中无机械转动，具有结构简单、稳定性好、调节方便等特点。具体地，作为本专利技术的一个方面，提供一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将所述光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，其连接所述第一分束器，对所述第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，位于反射差分模块与待测样品之间，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，其连接所述第一分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，其连接所述第二分束器，用于光强信号采集。优选地，所述信号采集模块为单色成像模块或光谱测量模块；其中，所述单色成像模块用于进行单色光强图像采集；所述光谱测量模块用于进行光强谱采集。优选地，所述反射差分模块包括：偏振器，用于将由所述第一分束器反射的非偏振光调制为线性偏振光，同时检测样品表面的出射光束在当前偏振方向上的振幅；调制器，用于对光束进行相位延迟调制；第一旋转装置，与所述偏振器连接并控制其方位角；以及第二旋转装置，与所述调制器连接并控制其方位角。优选地，所述调制器为液晶可变相位延迟器。优选地，所述光源模块包括：光源，用于输出非偏振复色光；第一光纤，用于传导所述光源输出的光束；以及准直镜，用于将所述第一光纤输出的光调整为平行光束。优选地，所述单色成像模块包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将所述光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，其连接所述第一分束器，对所述第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，位于反射差分模块与待测样品之间，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，其连接所述第一分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，其连接所述第二分束器，用于光强信号采集。

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，包括：光源模块，用于产生非偏振可见复色平行光束；第一分束器，将所述光源模块输出的光束反射进入光路，使通过分束器的出射光束继续透射到光路中；反射差分模块，其连接所述第一分束器，对所述第一分束器出射的光束进行偏振态或相位延迟调制；显微物镜，位于反射差分模块与待测样品之间，用于实现临界照明和光学显微功能；第二分束器，其连接所述第一分束器，将所述第一分束器输出的光束透射和反射后进入对应的信号采集模块；信号采集模块，其连接所述第二分束器，用于光强信号采集。2.根据权利要求1所述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，所述信号采集模块为单色成像模块或光谱测量模块；其中，所述单色成像模块用于进行单色光强图像采集；所述光谱测量模块用于进行光强谱采集。3.根据权利要求1所述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，所述反射差分模块包括：偏振器，用于将由所述第一分束器反射的非偏振光调制为线性偏振光，同时检测样品表面的出射光束在当前偏振方向上的振幅；调制器，用于对光束进行相位延迟调制；第一旋转装置，与所述偏振器连接并控制其方位角；以及第二旋转装置，与所述调制器连接并控制其方位角。4.根据权利要求1所述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，所述调制器为液晶可变相位延迟器。5.根据权利要求1所述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，所述光源模块包括：光源，用于输出非偏振复色光；第一光纤，用于传导所述光源输出的光束；以及准直镜，用于将所述第一光纤输出的光调整为平行光束。6.根据权利要求2所述的基于液晶可变延迟器的反射差分光学测量系统，其特征在于，所述单色成像模块包括：滤光片，用于实现单色光滤波；筒镜，用于与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡春光，霍树春，沈万福，李艳宁，胡小唐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12