一种分时复用的反射异性差分光学测量装置及方法制造方法及图纸

本公开提出了一种分时复用的反射异性差分光学测量装置及方法，包括：偏振器及光学斩波器；所述偏振器将样品的反射光束分离为两束线性偏振光；所述光学斩波器阻挡所述线性偏振光中的一束光束，并选择另一束线性偏振光的传播，将其传递到光路中，通过不同时段对不同光路的信号采集实现对反射光测量的分时复用。本公开抗干扰能力强、性能可靠、使用方便；偏振器、光学斩波器和Y型光纤的使用，使得不需旋转样品或者光学元件可获取样品的反射差分信息，减少了误差的引入，系统抗干扰能力强、性能可靠，使用更加方便。

A Time-sharing Multiplexed Reflective Differential Optical Measuring Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种分时复用的反射异性差分光学测量装置及方法
本公开涉及光学表征领域及测量仪器
，特别是涉及一种分时复用的反射异性差分光学测量装置及方法。
技术介绍
反射异性差分光学测量技术对样品表面各向异性具有极高的灵敏度，具有非接触、无损等优点。它通过测量入射光经测试样品表面反射后引起的偏振态变化，实现对样品表面各向异性的分析，感知样品表面的物理、化学特征。目前，依据反射差分信号的调制方法不同，反射差分光学测量装置可以分为光强调制型和位相调制型。关于基于光强调制型的反射差分光学测量装置，当前基于光强调制型的反射差分光学测量装置主要由单色仪、线性偏振器(如氟化镁棱镜)、旋转器件、光束挡隔板以及光电倍增管组成，具体结构如图1所示。其工作原理为：光源出射光经单色仪、线性偏振器照射到样品上，样品固定在以角速度ω旋转的马达转轴上，使样品以角速度ω旋转，然后由光电倍增管探测反射光的光强变化，最后使反射差分信号被调制在2ω频率的信号上。基于光强调制型的反射差分光学测量装置存在的问题和缺点主要为：光路中存在旋转元件。在实验中，需要旋转样品来获取反射差分信号，或通过旋转偏振器替代样品旋转。这样使其在在线检测等应用中，实现起来比较困难甚至无法实现，并且容易引入误差和噪声，长期稳定保持工作比较困难。基于位相调制型的反射差分光学测量装置：基于位相调制型的反射差分光学测量装置采用光弹调制器(PhotoelasticModulator,PEM)作为调制器件，其主要组成有：光源、起偏器、光弹调制器、检偏器、单色仪以及探测器，具体结构如图2所示。工作原理为：光束从光源射出，经起偏器、观测窗，以接近垂直方向照射到样品表面，反射光通过观测窗、光弹调制器(分离信号与低频噪声，增强抗干扰性能)、检偏器以及单色仪，照射到探测器上，由其将光学信号转换为电信号，传输给信号处理系统，最后在计算机上计算出反射差分光谱。基于位相调制型的反射差分光学测量装置存在的问题和缺点主要为：结构复杂，适应性差，对仪器误差比较敏感。研究发现，即使PEM经过精确校准，真空室观测窗因内部应力产生的双折射特性、起偏器的非完全线性偏振缺陷以及起偏器的安装角度误差都会影响信号的测量。综上所述，目前反射异性差分光学测量装置存在的缺点及其原因包括以下几点：旋转样品或光学元件容易引入误差。对于光强调制型反射差分光学测量装置，需要通过旋转样品或旋转光学元件来获取反射差分信号，无论是旋转样品还是旋转器件，很容易带来机械振动，从而引入误差和噪声，进而影响测量的准确度，并且保持长期稳定工作比较困难。结构复杂，适应性差。对于位相调制型反射差分光学测量装置，器件的偏振缺陷、起偏器的安装角度误差等都会影响信号的测量。
技术实现思路
本说明书实施方式的目的是提供一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，本公开能够实现不同时段对不同振动方向光路的信号采集，不需旋转样品和光学元件，减少误差的引入，实现分时复用的功能。本说明书实施方式提供一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，通过以下技术方案实现：包括：偏振器及光学斩波器；所述偏振器将样品的反射光束分离为两束线性偏振光；所述光学斩波器阻挡所述线性偏振光中的一束光束，并选择另一束线性偏振光的传播，将其传递到光路中，通过不同时段对不同光路的信号采集实现对反射光测量的分时复用。进一步的技术方案，所述测量装置还包括光源、入射光纤、离轴抛物面反射镜及样品台；所述光源提供非偏振的宽光谱光束；所述入射光纤传导所述光源输出的光束；所述离轴抛物面反射镜对所述入射光纤输出的光进行处理输出平行的入射光束，入射到位于样品台上的样品表面。进一步的技术方案，所述测量装置还包括：第一凹面汇聚镜、第一准直镜第二凹面汇聚镜、第二准直镜、出射光纤及光谱仪；通过光学斩波器选择其中一束线性偏振光继续传播，经第一凹面汇聚镜或第二凹面汇聚镜汇聚进入第一准直镜或第二准直镜，通过出射光纤传递到光谱仪进行信号采集。进一步的技术方案，所述光学斩波器包括：光学挡板，用于阻挡所述偏振器输出的线性偏振光中的一束光；以及控制器，与所述光学挡板连接并通过调控其遮挡角度，实现对某路光束的遮挡，即实现对另一路光束的选择。进一步的技术方案，所述偏振器选用洛匈棱镜或偏振分束器件中的格兰-汤姆逊棱镜。进一步的技术方案，所述出射光纤选用Y型光纤。进一步的技术方案，所述第一凹面汇聚镜与第二凹面汇聚镜的性能参数要一致。进一步的技术方案，所述第一凹面汇聚镜与第二凹面汇聚镜选用焦距25mm的紫外增强铝膜凹面反射镜。进一步的技术方案，所述离轴抛物面反射镜选用反射焦距50.8mm的紫外增强铝涂层的90°离轴抛物面镜。本说明书实施方式提供一种分时复用的反射异性差分光学测量方法，通过以下技术方案实现：包括：对光源提供的光进行处理以产生平行的入射光束至样品表面；将样品的反射光束分离为两束线性偏振光；选择所述两束线性偏振光中的一束光继续传播到光路中；将选择输出的光束进行信号采集。与现有技术相比，本公开的有益效果是：本公开分时复用的非机械旋转式测量，测量速度快；在偏振器和凹面汇聚镜之间放置光学斩波器。光学斩波器由光学挡板和控制器组成，计算机连接并调控控制器，并根据实验需要调控光学挡板的遮挡角度，控制光学挡板遮挡由偏振器产生的一束线性偏振光来使另一束线性偏振光进入Y型光纤，传递给光谱仪，从而对同一样品实现不同时段对不同方向偏振光的信号采集，达到分时复用的效果，提高了测量速度。本公开抗干扰能力强、性能可靠、使用方便；偏振器、光学斩波器和Y型光纤的使用，使得不需旋转样品或者光学元件可获取样品的反射差分信息，减少了误差的引入，系统抗干扰能力强、性能可靠，使用更加方便。本公开结构简单、易搭建，适应性强；样品的反射光透过偏振器即可同时分离出两束线性偏振光，通过Y型光纤进行信号采集，无需更改装置的结构即可获得两束偏振光的信息，使得装置结构简单、易搭建，并且可以根据使用环境更换元器件，适应性强。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1为基于光强调制型的反射差分光学测量装置的系统结构图；图2为基于位相调制型的反射差分光学测量装置的系统结构图；图3为本公开实施例子的一种分时复用的反射异性差分光学测量装置的示意图；图中，1.光源；2.入射光纤；3.离轴抛物面反射镜；4.样品台；5.偏振器；6.光学挡板；7.控制器；8.第一凹面汇聚镜；9.第一准直镜10.第二凹面汇聚镜；11.第二准直镜；12.出射光纤；13.光谱仪。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例子一该实施例公开了一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，针对现有技术中旋转样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，其特征是，包括：偏振器及光学斩波器；所述偏振器将样品的反射光束分离为两束线性偏振光；所述光学斩波器阻挡所述线性偏振光中的一束光束，并选择另一束线性偏振光的传播，将其传递到光路中，通过不同时段对不同光路的信号采集实现对反射光测量的分时复用。

【技术特征摘要】
1.一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，其特征是，包括：偏振器及光学斩波器；所述偏振器将样品的反射光束分离为两束线性偏振光；所述光学斩波器阻挡所述线性偏振光中的一束光束，并选择另一束线性偏振光的传播，将其传递到光路中，通过不同时段对不同光路的信号采集实现对反射光测量的分时复用。2.如权利要求1所述的一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，其特征是，所述测量装置还包括光源、入射光纤、离轴抛物面反射镜及样品台；所述光源提供非偏振的宽光谱光束；所述入射光纤传导所述光源输出的光束；所述离轴抛物面反射镜对所述入射光纤输出的光进行处理输出平行的入射光束，入射到位于样品台上的样品表面。3.如权利要求1所述的一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，其特征是，所述测量装置还包括：第一凹面汇聚镜、第一准直镜第二凹面汇聚镜、第二准直镜、出射光纤及光谱仪；通过光学斩波器选择其中一束线性偏振光继续传播，经第一凹面汇聚镜或第二凹面汇聚镜汇聚进入第一准直镜或第二准直镜，通过出射光纤传递到光谱仪进行信号采集。4.如权利要求1所述的一种分时复用的反射异性差分光学测量装置，其特征是，所述光学斩波器包括：光学挡板，用于阻挡所述偏振器输...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，王译那，姜明顺，张法业，隋青美，贾磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37