适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，属于显微光谱成像领域。包括样品杆、转接腔、相机、照明光源、第一光学模块、第二光学模块、激光器和光谱仪；所述的样品杆为中空结构，样品杆一端连接三维位移台，样品杆另一端通过转接腔与第一光学模块连接；所述样品杆的内部还安装有显微物镜，显微物镜的物方朝向样品台一侧。本实用新型专利技术将自由空间光路引入到样品杆中，解决了传统光纤的热胀冷缩引起的失焦问题，进一步利用显微成像系统，解决了光纤样本杆中的盲扫问题，可以在光谱检测的同时进行实时的显微成像，对样品的光谱测量位置进行精确定位，得到光谱和样品表面位置的对应关系。

【技术实现步骤摘要】
适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统
本技术涉及显微光谱成像领域，特别是涉及一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统。
技术介绍
光学测试具有非接触、无损、灵敏度高等诸多有点，是材料表征中常用的一种手段，吸收谱、红外傅里叶光谱、拉曼光谱、荧光光谱、光学相干断层扫描以及光学显微成像等诸多技术已经被广泛应用于材料的结构、成分、形貌表征。此外，当光与磁性介质相互作用时，还会出现磁致旋光、磁致双折射、克尔磁效应、赛曼效应等诸多光磁效应，这使得光学测试可以应用于磁性材料的表征，进一步的拓展了光学测试的应用范围。近年来，随着极端物理学的发展，科学家发现在低温强磁场的条件下，材料会表现出与常规条件不同的性质，典型的如低温超导、量子霍尔效应，这为发现新现象、合成新材料、设计新器件提供了一种可能。为了将光学测试引入低温强磁场的环境中，目前有一种方法是将集成有光学传输系统的样品杆直接放入低温强磁场的腔中(CN105911029B,CN104181341B,CN103529407B)。大部分光学测试样品杆中的光传输使用的是光纤，但是在测试过程中，光纤会直接进入低温强磁场的环境中，光纤的热胀冷缩会造成光纤与准直镜之间的失焦使得光的耦合效率下降，严重影响光信号的强度。此外，现有的光纤样品杆无法实现对测试位置的精确定位，很难对特定区域进行测试，同时很难判断显微物镜的像平面与样品位置的关系，影响光谱激发强度和光谱收集效率。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供了一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，将自由空间光路引入到样品杆中，解决了传统光纤的热胀冷缩引起的失焦问题，进一步利用显微成像系统，解决了光纤样本杆中的盲扫问题，可以在光谱检测的同时进行实时的显微成像，对样品的光谱测量位置进行精确定位，得到光谱和样品表面位置的对应关系。为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，包括样品杆、转接腔、相机、照明光源、第一光学模块、第二光学模块、激光器和光谱仪；所述的样品杆为中空结构，样品杆一端连接三维位移台，所述的三维位移台中位于样品杆内部的侧面上固定有样品台，样品杆另一端通过转接腔与第一光学模块连接；所述样品杆的内部还安装有显微物镜，显微物镜的物方朝向样品台一侧；所述的激光器和光谱仪分别与第二光学模块连接，所述的第二光学模块包括盒体、传输光路和激光出射口；所述的激光出射口通过多模光纤与第一光学模块的激光光束入口相连；所述的第一光学模块包括盒体、第二分束镜、第二反射镜、以及固定在盒体内的第一准直镜、第一反射镜、第一分束镜和第一透镜；所述的第一透镜的入射光轴与第一分束镜的激光光束入射光轴呈90度分布；所述的第二分束镜同轴安装在显微物镜的像方一侧，第二分束镜的分束面与样品杆中轴呈45度分布；所述的第二反射镜固定在样品杆的内侧面上。优选的，所述第二反射镜的照明光束入射光轴与样品杆的中轴平行。优选的，所述的转接腔上开设有照明光源接入口和电学接口，照明光源发出的照明光束通过照明光源接入口引入到样品杆内部；三维位移台的控制线穿过电学接口与三维位移台连接。优选的，所述的样品杆通过法兰接口与转接腔相连。优选的，所述的转接腔与第一光学模块的连接处设有带透明窗口的连接板，所述的连接板和转接腔密封连接。优选的，所述的显微物镜通过可调节固定件安装在样品杆的内部，所述的可调节固定件能够沿着样品杆的中轴方向移动。优选的，所述的第二光学模块与光谱仪的连接接口处设有滤光片。优选的，所述的第二光学模块的传输光路上设有滤光片、第二透镜和第二准直镜；激光光束入射至第二光学模块后，经过滤光片反射后垂直入射至第二准直镜，再经第二准直镜后从激光出射口射出。与现有技术相比，本技术的优势在于：(1)针对传统测试中采用光纤直接将激光引入样品表面的技术手段相比，本技术通过在低温磁场环境下使用的样品杆中集成一个具有实时显微成像的第一光学模块，能够实现测试位置的精确定位，获得了低温磁场下的原位光谱探测和显微成像能力，便于对测试样品的表面进行观察并进行定位和原位检测，避免了光纤样品杆中失焦和盲扫问题。(2)本技术通过使用一根多模光纤将样品杆中的光学模块与光谱信号提取的光学模块进行连接，避免了全自由空间光路中入射激光难以与样品杆内部的光路对准的问题，同时实现了光学检测仪器和样品杆之间的软连接，便于样品杆在磁场系统中的放入和取出，也便于光谱仪与激光器的移动。附图说明图1低温强磁场光学测试样品杆、转接腔和光学模块的连接关系及结构示意图；图2是本实施例中的在低温强磁场环境中进行光谱测试的示意图；图中：1第一光学模块；101盒体、102第二分束镜、103第二反射镜、104第一准直镜、105第一反射镜、106第一分束镜、107第一透镜；2转接腔；201法兰接口、202连接板、2021透明窗口、203照明光源接入口、204电学接口、205控制线；3样品杆；301三维位移台、302样品台、303显微物镜、304可调节固定件；4相机；5照明光源；501光纤束；6第二光学模块；601盒体、602滤光片、603第二透镜、604第二准直镜；7激光器；8光谱仪；9多模光纤。具体实施方式下面结合附图对本技术进行进一步的说明。本技术提供了一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统。通过将特殊设计的样品杆前端置入低温强磁场真空腔，该显微光谱成像样品杆可以进行低温和强磁场环境下的显微拉曼光谱成像、显微荧光光谱成像、显微光电流成像等测试，具有原位光谱检测的同时进行实时显微成像的能力，适合于半导体微纳光电材料和器件、二维材料、量子材料以及其他新型材料的极端环境下光电性能的测量。外接的激光光源通过多模光纤引入样品杆，经过多个光学元件从显微物镜入射到样品表面产生荧光和拉曼信号，随后显微物镜又会将收集到的拉曼和荧光信号按原光路反射回多模光纤，将反射回的光信号进行滤波处理并引入光谱仪进行光谱分析，就能得到样品的拉曼和荧光光谱；同时，照明光源通过光纤束进入显微镜对样品进行照明，并通过显微成像光路在相机上对样品的表面进行显微成像；此外，通过三维位移台，可以调整样品的位置实现聚焦、扫描测量和表面成像。在本技术的一项具体实施中，所述的适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统具体结构见图1和图2，包括样品杆3、转接腔2、相机4、照明光源5、第一光学模块1、第二光学模块6、激光器7和光谱仪8；所述的样品杆3为中空结构，样品杆一端连接三维位移台301，所述的三维位移台301中位于样品杆内部的侧面上固定有样品台302，样品杆3另一端通过转接腔2与第一光学模块1连接；所述样品杆3的内部还安装有显微物镜303，显微物镜的物方朝向样品台一侧；在本技术的一项具体实施中，样品台302处为开放式结构，例如可以在样品杆3上设置窗口，便于样品的更换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，其特征在于，包括样品杆(3)、转接腔(2)、相机(4)、照明光源(5)、第一光学模块(1)、第二光学模块(6)、激光器(7)和光谱仪(8)；/n所述的样品杆(3)为中空结构，样品杆一端连接三维位移台(301)，所述的三维位移台(301)中位于样品杆内部的侧面上固定有样品台(302)，样品杆(3)另一端通过转接腔(2)与第一光学模块(1)连接；所述样品杆(3)的内部还安装有显微物镜(303)，显微物镜的物方朝向样品台一侧；/n所述的激光器(7)和光谱仪(8)分别与第二光学模块(6)连接，所述的第二光学模块(6)包括盒体、传输光路和激光出射口；所述的激光出射口通过多模光纤(9)与第一光学模块的激光光束入口相连；/n所述的第一光学模块(1)包括盒体、第二分束镜(102)、第二反射镜(103)、以及固定在盒体内的第一准直镜(104)、第一反射镜(105)、第一分束镜(106)和第一透镜(107)；所述的第一透镜(107)的入射光轴与第一分束镜(106)的激光光束入射光轴呈90度分布；所述的第二分束镜(102)同轴安装在显微物镜(303)的像方一侧，第二分束镜(102)的分束面与样品杆(3)中轴呈45度分布；所述的第二反射镜(103)固定在样品杆(3)的内侧面上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，其特征在于，包括样品杆(3)、转接腔(2)、相机(4)、照明光源(5)、第一光学模块(1)、第二光学模块(6)、激光器(7)和光谱仪(8)；
所述的样品杆(3)为中空结构，样品杆一端连接三维位移台(301)，所述的三维位移台(301)中位于样品杆内部的侧面上固定有样品台(302)，样品杆(3)另一端通过转接腔(2)与第一光学模块(1)连接；所述样品杆(3)的内部还安装有显微物镜(303)，显微物镜的物方朝向样品台一侧；
所述的激光器(7)和光谱仪(8)分别与第二光学模块(6)连接，所述的第二光学模块(6)包括盒体、传输光路和激光出射口；所述的激光出射口通过多模光纤(9)与第一光学模块的激光光束入口相连；
所述的第一光学模块(1)包括盒体、第二分束镜(102)、第二反射镜(103)、以及固定在盒体内的第一准直镜(104)、第一反射镜(105)、第一分束镜(106)和第一透镜(107)；所述的第一透镜(107)的入射光轴与第一分束镜(106)的激光光束入射光轴呈90度分布；所述的第二分束镜(102)同轴安装在显微物镜(303)的像方一侧，第二分束镜(102)的分束面与样品杆(3)中轴呈45度分布；所述的第二反射镜(103)固定在样品杆(3)的内侧面上。


2.根据权利要求1所述的一种适用于低温强磁场环境下的显微光谱成像测试系统，其特征在于，所述第二反射镜的照明光束入射光轴与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马庆，匡翠方，罗向东，余洋，
申请(专利权)人：江苏度微光学科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32