用于执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备制造技术

一种用于对样品(15)执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备，该样品特别是晶体样品，该设备包括：至少一个光源(11)，特别是至少一个激光器，用于对样品(15)提供激发辐射；光谱仪(31)，用于将来自样品(15)的光，特别是来自样品(15)的拉曼散射光，分成空间分离的波长分量的至少一个光谱，并且用于将该至少一个光谱的至少一部分引导到检测器(29)，特别是CCD检测器；用于来自样品(15)的光的偏振状态控制元件(27)，偏振状态控制元件(27)布置在至少一个光束(25)从样品(15)朝向检测器(29)行进的光路中，并且偏振状态控制元件(27)包括至少一个偏振敏感光学元件(45、47)，特别是沃拉斯顿棱镜，该至少一个偏振敏感光学元件适于将该至少一个光束(25)分成至少两个，特别是正交的偏振光束(35a、35b、37a、37b)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备本专利技术涉及一种用于对样品(特别是晶体样品)执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备。光谱分析通常是指测量作为光束中的波长的函数的能量或强度的过程。光谱分析使用物理物质(特别是原子、分子或离子)对光的吸收、发射或散射来定性和定量地研究物质的物理性质和过程。在光谱仪系统的操作期间被引导到样品的光或辐射可以被称为入射辐射。在与样品接触之后入射辐射的重定向通常被称为辐射的散射。在样品中的原子或分子吸收全部或部分入射辐射而不是反射入射辐射的程度上，样品可以变得被激发，并且样品的能级可以增加到更高的能级。光可以被散射，但是可以继续具有与入射辐射相同的波长，这种条件通常被称为瑞利散射光或弹性散射光。在例如分子振动状态变化期间被样品散射的入射辐射能以不同的能量散射，并且这种散射光可以被称为拉曼(Raman)散射光。这种现象已经与光谱分析结合使用，以定性和定量地研究物理性质和过程，包括识别样品的化学性质、组成和结构。如果将入射辐射引导到样品，则入射辐射的波长在散射辐射中可以保持基本上不变。或者，如果将入射辐射引导到样品，则散射辐射中的波长可以获取一个或多个与入射波长不同的波长。入射辐射和散射辐射之间的能量差可以被称为拉曼位移。拉曼散射光的光谱测量可以设法测量这种散射光的最终波长。拉曼散射光的现象在光谱分析应用中是有用的，用于研究物理性质和过程的质量和数量，包括识别样品中的化学性质、组成和结构。拉曼位移光谱分析技术用于样品的定性和定量研究。如果入射辐射用于散射来自样品的光，并且测量散射辐射数据，则散射辐射可以提供一个或多个与样品相关联的频率，以及那些移位频率的强度。该频率可以用于识别样品的化学组成。拉曼光谱仪是用于测量非弹性散射光的光谱仪的实例，并且其通常用于获得样品的拉曼光谱。当样品用例如来自激光器的单色光照射时，由样品散射的光将包含与入射光中存在的波长分量不同的波长分量。在样品中存在的分子上的所谓的光的拉曼散射通常产生这种效应。在拉曼光谱仪中，收集由样品散射的光，并且检测具有与光源的波长不同的波长的波长分量的光谱分布，例如以可见拉曼光谱的形式。在拉曼光谱的一些测量中，可能需要获得关于拉曼散射光的偏振的信息。例如，拉曼散射的偏振相关特性取决于衬底的单晶质量和晶体取向，该衬底由例如单晶硅(Si)晶片构成。Ramabadran(拉马巴德恩)等在科学出版物中描述了：“离轴单晶硅的偏振拉曼光谱的强度分析”，MaterialScience&Engineering(材料科学与工程)B230，第31至42页，2018年，偏振反向散射拉曼光谱分析可用于识别硅截止轴的晶体取向。Munisso(穆尼索)等在科学出版物中提出了“蓝宝石单晶的拉曼张量分析及其在多晶氧化铝中定义晶体取向的应用”，Phys.StatusSolidi(固态物理)B246，第8期，第1893至1900页(2009年)，这是一种用于实际确定多晶氧化铝材料中的未知晶体织构的张量算法。本专利技术的目的是提供一种用于对样品执行偏振分辨光谱分析分析的有效方式。该目的通过根据权利要求1所述的特征的设备来满足。在从属权利要求中描述了本专利技术的优选实施方式。根据本专利技术，一种用于对样品(特别是晶体样品)执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备，包括：至少一个光源，特别是至少一个激光器，用于对样品提供激发辐射，光谱仪，用于将来自样品的光(特别是来自样品的拉曼散射光)分成空间分离的波长分量的至少一个光谱，并且用于将该至少一个光谱的至少一部分引导到检测器，特别是CCD检测器，用于来自样品的光的偏振状态控制元件，该偏振状态控制元件布置在从样品朝向检测器行进的至少一个光束的光路中，并且该偏振状态控制元件包括至少一个偏振敏感光学元件，特别是沃拉斯顿棱镜，该至少一个偏振敏感光学元件适于将该至少一个光束分成至少两个，特别是正交偏振的光束。每个检测到的光谱从具有已知偏振的偏振光束获得。这是由于使用了该至少一个偏振敏感光学元件，该偏振敏感光学元件将入射光束分成至少两个偏振光束，该两个偏振光束离开该至少一个偏振敏感光学元件并朝向检测器行进。检测器对光谱的配准同时发生。在不同偏振下检测的光谱可以用于晶体样品(例如硅)的晶体分析，例如如果应用于基于硅的拉曼张量散射理论的算法以测量光谱。例如，在先前提到的Ramabadran(拉马巴德恩)等的科学出版物中描述了一种算法：“离轴单晶硅的偏振拉曼光谱的强度分析”，MaterialScience&Engineering(材料科学与工程)B230，第31至42页，2018年。从光谱获得的信息结合该算法可以例如用于识别随机生长的硅多晶中的晶面和面旋转角。所获得的信息可以进一步用于使用例如与在二维X射线晶体分析中建立的相同原理重建晶体图谱，其例如由B.Larson(B.拉尔森)、W.Yang(W.杨)、G.Ice(G.艾斯)、J.Budai(J.布达伊)、J.Tischler(J.蒂施勒)在科学文章：“具有亚微米分辨率的三维X射线结构显微镜”(自然，第415卷，第887至890页，2002年)中描述。样品上的拉曼散射可以特别是由于样品的振动键(vibrationalbond)。当入射光具有与振动键相同的偏振/取向时，这种振动键可以被最有效地激励(pump)。如果振动键的取向与入射光的偏振方向正交，则其将以低效率被激励。因此，从样品获得的拉曼光谱的分析可用于确定例如晶体或晶体晶胞中的原子或分子键的取向。这也适用于具有多晶结构的样品，例如多晶蓝宝石或硅，或者具有更复杂晶胞的无机或有机晶体，例如结晶药物、氨基酸、肽或蛋白质，以及适用于其他样品，例如半导体、无机复合物(例如陶瓷、压电材料和铁电材料，以及超导体等)、药物和生物分子。使用拉曼散射对样品进行晶体分析也比X射线衍射、电子衍射和中子衍射更具成本效益。例如，X射线衍射需要昂贵的设备，甚至可能需要使用同步加速器辐射，其仅能在专业实验室中制造。该设备可以在光栅扫描模式中使用。特别地，该设备可以用于对样品的表面点进行测量。在此之后，移动表面上的样品或焦点以在另一表面点上进行测量。这样，可扫描表面并且可从多个表面点获得测量结果。因此，可进行2D或3D绘图，这可以使得能够生成样品的晶面的2D或3D图像。优选地，该设备不包含任何可移动部件，例如用于旋转样品的装置，因此可以易于使用的设置来实现。然而，可能相对于照射样品的光束的焦点移动样品，特别是使得能够扫描样品的表面。该至少一个偏振敏感光学元件特别地可以是至少一个沃拉斯顿棱镜，其可将随机偏振或非偏振光分离成两个分离的线性偏振出射光束。沃拉斯顿棱镜可以由两个方解石棱镜组成，这两个方解石棱镜在其基底上粘合在一起以形成两个具有垂直光轴的直角三角形棱镜。沃拉斯顿棱镜在商业上可从各种供应商获得。偏振状态控制元件可以包括：至少一个光束分离元件，其适于将光束分成至少两个分离光束，特别是至少两个平行光束；以及至少两个偏振敏感光学元件，特别是两个沃拉斯顿棱镜，其布置成使得两个分离光束中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对样品(15)执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备，所述样品特别是晶体样品，所述设备包括：/n至少一个光源(11)，所述至少一个光源特别是至少一个激光器，用于对所述样品(15)提供激发辐射，/n光谱仪(31)，用于将来自样品(15)的光分成空间分离的波长分量的至少一个光谱，并且用于将所述至少一个光谱的至少一部分引导到检测器(29)，所述检测器特别是CCD检测器，所述来自样品的光特别是来自样品(15)的拉曼散射光，/n用于来自样品(15)的光的偏振状态控制元件(27)，所述偏振状态控制元件(27)布置在至少一个光束(25)从所述样品(15)朝向所述检测器(29)行进的光路中，并且/n所述偏振状态控制元件(27)包括至少一个偏振敏感光学元件(45、47)，所述偏振敏感光学元件特别是沃拉斯顿棱镜，所述至少一个偏振敏感光学元件适于将所述至少一个光束(25)分成至少两个偏振光束(35a、35b、37a、37b)，特别是正交的偏振光束。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180713 EP 18183474.81.一种用于对样品(15)执行偏振分辨拉曼光谱分析的设备，所述样品特别是晶体样品，所述设备包括：
至少一个光源(11)，所述至少一个光源特别是至少一个激光器，用于对所述样品(15)提供激发辐射，
光谱仪(31)，用于将来自样品(15)的光分成空间分离的波长分量的至少一个光谱，并且用于将所述至少一个光谱的至少一部分引导到检测器(29)，所述检测器特别是CCD检测器，所述来自样品的光特别是来自样品(15)的拉曼散射光，
用于来自样品(15)的光的偏振状态控制元件(27)，所述偏振状态控制元件(27)布置在至少一个光束(25)从所述样品(15)朝向所述检测器(29)行进的光路中，并且
所述偏振状态控制元件(27)包括至少一个偏振敏感光学元件(45、47)，所述偏振敏感光学元件特别是沃拉斯顿棱镜，所述至少一个偏振敏感光学元件适于将所述至少一个光束(25)分成至少两个偏振光束(35a、35b、37a、37b)，特别是正交的偏振光束。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述偏振状态控制元件(27)包括至少一个光束分离元件(33)和至少两个所述偏振敏感光学元件(45、47)，所述至少一个光束分离元件适于将所述光束分成至少两个分离光束(35、37)，特别是至少两个平行光束，至少两个所述偏振敏感光学元件布置成使得所述至少两个分离光束(35、37)中的至少一个分离光束通过一个所述偏振敏感光学元件(45)，并且使得所述至少两个分离光束(35、37)中的至少另一个分离光束通过另一个所述偏振敏感光学元件(47)。


3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，
在所述光束分离元件(33)和一个所述偏振敏感光学元件(45、47)之间的至少一个光路中布置有波片(41)，该波片特别是半波片或四分之一波片。


4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
所述偏振状态控制元件(27)包括至少一个光束分离元件和三个偏振敏感光学元件，所述至少一个光束分离元件适于将所述光束分成三个分离光束，特别是至少三个平行光束，所述三个偏振敏感光学元件布置成使得所述三个分离光束中的第一分离光束通过所述偏振敏感光学元件中的第一偏振敏感光学元件，所述三个分离光束中的第二分离光束通过所述三个偏振敏感光学元件中的第二偏振敏感光学元件，并且所述三个分离光束中的第三分离光束通过所述三个偏振敏感光学元件中的第三偏振敏感光学元件。


5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，
在所述光束分离元件和所述三个偏振敏感光学元件中的一个偏振敏感光学元件之间的至少一个光路中布置有波片，该波片特别是半波片或四分之一波片。


6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，
在所述光束分离元件和所述第一偏振敏感光学元件之间的光路中布置有第一波片，所述第一波片特别是半波片。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其特征在于，
在所述光束分离元件和所述第二偏振敏感光...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥列克斯基·伊尔琴科，阿尼娅·博伊森，罗曼·斯利佩茨，
申请(专利权)人：丹麦技术大学，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK