一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置及测试方法，包括：对透明衬底、待测样品和空气分别进行成像并采谱，得到三类测样的透射光强度，根据三类测样的透射光强度计算待测样品的吸收率和吸光度；成像过程包括：开启成像光源和探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样上形成光斑，成像光源发出的成像光照射至测样表面发生反射，反射光经成像物镜收集后送入感光元件对光斑进行成像，通过调整透镜和小孔间的距离，成像的光斑直径≤4μm；采谱过程包括：开启探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样表面发生透射，透射光经成像物镜送入光谱仪进行采谱。

【技术实现步骤摘要】
一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置及测试方法
本专利技术属于光谱测试
，涉及一种吸收光谱的测试系统装置及测试方法，尤其涉及一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置及测试方法。
技术介绍
近年来，随着微纳加工技术的迅猛发展，微电子器件的尺寸日益减小，在纳米材料上设计精细的特征结构成为当今微纳电子器件的研究热点。对纳米材料及构建的微纳结构基本光学性质的表征(如吸收光谱)则是理解纳米材料各种物理现象的基础，同时也能对纳米材料构建的微纳器件的性能进行表征。CN210803269U公开了一种原位高压吸收光谱测量系统，其包括：光源单元，至少用于提供对待测样品进行照射的入射光束；扩束准直单元，至少用于对所述入射光束进行扩束准直以形成平行光束；第一显微物镜单元，至少用于将经扩束准直后的光束导入高压样品容置单元的高压腔内；高压样品容置单元，至少用于为待测样品提供高压测量环境；第二显微物镜单元，至少用于将所述高压样品容置单元的高压腔内的待测样品出射的出射光束导入光谱处理单元；光谱处理单元，至少用于对所述的出射光束进行光谱检测并对获得的光谱进行分析处理。CN110940640A公开了一种强光吸收光谱测试系统及方法，涉及光谱测试
，该系统包括激光发生单元；吸收单元，其设置于激光发生单元的激光束射出方向，吸收单元用于提供激光束需要经过的测试用大气，并对大气参数进行调整；辅助测试单元，其包括两个分光测试组件，两个分光测试组件分别用于测量经过吸收单元前后的激光束的功率；衰减聚焦单元，其用于衰减经第二分光测试组件透射的激光束，并将衰减后的激光束进行聚焦；测量分析单元，其用于对聚焦后的激光束进行测量分析。由于纳米材料的边界效应，当探测光束尺寸大于纳米材料时，纳米材料的边缘将对光束产生明显的散射，宏观测量方法受散射效应影响较小，但仅适用于样品为单一材料且对光有足够吸收时，对异质结或具有特征结构的样品等，宏观测量方法不再适用。而一般的微区测量方法光束尺寸大于样品尺寸，无法避免散射效应的影响。因此，如何获得透明衬底上微小样品或精细结构器件的精确吸收光谱是纳米结构吸收光谱测量技术中亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置及测试方法，本专利技术提供的测试方法有利于消除微米级样品边缘散射效应的影响，与现有的测量吸收光谱的分光光度计相比，可以获取更加准确的吸收光谱。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试方法，所述的测试方法包括：对透明衬底、待测样品和空气分别进行成像并采谱，得到三类测样的透射光强度，根据三类测样的透射光强度计算待测样品的吸收率和吸光度；所述的成像过程包括：开启成像光源和探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样上形成光斑，成像光源发出的成像光照射至测样表面发生反射，反射光经成像物镜收集后送入感光元件对光斑进行成像，通过调整透镜和小孔间的距离，使得成像的光斑直径≤4μm，光斑直径可以是2.0μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3.0μm、3.2μm、3.4μm、3.6μm、3.8μm或4.0μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。所述的采谱过程包括：开启探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样表面发生透射，透射光经成像物镜送入光谱仪进行采谱。本专利技术采用透射式的吸收光谱测试方法，对具有一定透过率的衬底，能测量到较为准确的吸收光谱，通过透镜、小孔和缩束物镜的配合，调整小孔孔径、缩束物镜的倍数以及透镜和小孔的间距将光斑缩小至≤4μm，对于微米级样品，光斑直径越小越有利于消除样品边缘散射效应的影响，与现有的测量吸收光谱的分光光度计相比，可以获取更加准确的吸收光谱。作为本专利技术一种优选的技术方案，透明衬底的透射光强度记为Tsub，待测样品的透射光强度记为Tsample，空气的透射光强度记为Tair，待测样品的吸收率记为I，待测样品的吸光度记为A。通过Tsub、Tsample和Tair计算待测样品的吸收率I和吸光度A，其中，吸收率I的计算公式如式(1)所示：I＝(Tsub-Tsample)/Tair式(1)；吸光度A的计算公式如式(2)所示：A＝lg[Tair/(Tair-Tsub+Tsample)]式(2)。若透明衬底几乎无吸收而有较弱反射，例如普通玻璃，可直接将经过样品后的出射光作为样品吸收入射光后的出射光，无须减去衬底吸收。采用以下公式计算吸收率I和吸光度A：I＝(Tair-Tsample)/Tair；A＝lg(Tair/Tsample)。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的测试方法还包括：根据待测样品的吸收率和吸光度，绘制不同波长下待测样品的吸收率谱图和吸光度谱图。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的探测光源为宽谱白光光源，进一步优选为卤钨灯源。在本专利技术中，探测光源是发出所需波长范围内的连续光谱，要求具备足够的光强度，能量分布均匀且稳定输出。优选采用宽谱白光光源，可以实现较宽光谱范围吸收光谱的测量，适用的样品范围更广。优选地，所述的小孔直径为100～200μm，例如可以是100μm、110μm、120μm、130μm、140μm、150μm、160μm、170μm、180μm、190μm或200μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的缩束物镜的放大倍数为50倍或60倍。优选地，所述的成像物镜的放大倍数为20倍。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述的待测样品包括透明衬底和生长于透明衬底上的待测材料。优选地，所述的透明衬底为蓝宝石衬底。作为本专利技术一种优选的技术方案，在成像过程中，成像物镜收集的反射光再次反射后送入感光元件，感光元件将反射光信息传输至显示设备得到光斑图像。优选地，在采谱过程中，所述的成像物镜收集的透射光不经反射直接送入光谱仪进行采谱。第二方面，本专利技术提供了一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试系统装置，所述的测试系统装置用于进行第一方面所述的测试方法。所述的系统装置包括沿光路依次设置的探测光源、透镜、小孔、缩束物镜、测样、成像物镜和光谱仪，探测光源发出的探测光依次穿过透镜和小孔后经缩束物镜将光束直径缩小至≤4μm，探测光穿过待测样品后的透射光由成像物镜收集送入光谱仪进行采谱；所述的测试系统装置还包括成像光源、感光元件和显示设备，所述的成像光源和感光光源用于对探测光形成的光斑进行成像；所述的成像光源发出的成像光照射至测样表面发生反射，反射光由成像物镜收集后送入感光元件进行成像并将图像传输至显示设备。本专利技术通过透镜、小孔、缩束物镜和感光元件的组合构建了用于测试微米级样品的吸收光谱的成像系统，可实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试方法，其特征在于，所述的测试方法包括：/n对透明衬底、待测样品和空气分别进行成像并采谱，得到三类测样的透射光强度，根据三类测样的透射光强度计算待测样品的吸收率和吸光度；/n所述的成像过程包括：开启成像光源和探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样上形成光斑，成像光源发出的成像光照射至测样表面发生反射，反射光经成像物镜收集后送入感光元件对光斑进行成像，通过调整透镜和小孔间的距离，使得成像的光斑直径≤4μm；/n所述的采谱过程包括：开启探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样表面发生透射，透射光经成像物镜送入光谱仪进行采谱。/n

【技术特征摘要】
1.一种透明衬底上微米级样品吸收光谱的测试方法，其特征在于，所述的测试方法包括：
对透明衬底、待测样品和空气分别进行成像并采谱，得到三类测样的透射光强度，根据三类测样的透射光强度计算待测样品的吸收率和吸光度；
所述的成像过程包括：开启成像光源和探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样上形成光斑，成像光源发出的成像光照射至测样表面发生反射，反射光经成像物镜收集后送入感光元件对光斑进行成像，通过调整透镜和小孔间的距离，使得成像的光斑直径≤4μm；
所述的采谱过程包括：开启探测光源，探测光源发出的探测光依次穿过透镜、小孔和缩束物镜照射至测样表面发生透射，透射光经成像物镜送入光谱仪进行采谱。


2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，透明衬底的透射光强度记为Tsub，待测样品的透射光强度记为Tsample，空气的透射光强度记为Tair，待测样品的吸收率记为I，待测样品的吸光度记为A；
通过Tsub、Tsample和Tair计算待测样品的吸收率I和吸光度A，其中，吸收率I的计算公式如式(1)所示：
I＝(Tsub-Tsample)/Tair式(1)；
吸光度A的计算公式如式(2)所示：
A＝lg[Tair/(Tair-Tsub+Tsample)]式(2)。


3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述的测试方法还包括：根据待测样品的吸收率和吸光度，绘制不同波长下待测样品的吸收率谱图和吸光度谱图。


4.根据权利要求1-3任一项所述的测试方法，其特征在于，所述的探测光源为宽谱白光光源，进一步优选为卤钨灯源；
优选地，所述的小孔直径为100～200μm。


5.根据权利要求1-4任一项所述的测试方法，其特征在于，所述的缩束物镜的放大倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新风，眭新雨，姜传秀，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11