一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，包括激光产生组件，用于产生激发光；激光偏振调节组件，用于调节所述激发光的偏振状态；滤光片，用于反射所述激发光并透射经样品出射的荧光；三维独立光路位移组件，用于三维调整光路以聚焦光斑在所述样品表面进行x、y、z三轴的独立移动；显微镜系统，用于对所述样品表面形貌、激发光和荧光进行照明和显微成像；荧光偏振调节组件，用于调整荧光的偏振状态；以及光谱探测模块，用于探测所述荧光的光谱和寿命。本发明专利技术具有样品不动而光路动的特点，可与市面上大部分不可位移的低温恒温器兼容，同时采用偏振可调元器件和小角度入射的方式，实现任意圆偏振或线偏振荧光探测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统


[0001]本专利技术涉及荧光光谱探测
，更具体地说，特别涉及一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统。

技术介绍

[0002]作为费米子的一种，电子天然具有两大内禀：电荷和自旋。以电子的电荷和自旋携带信息分别发展出电荷型器件和自旋型器件，是目前信息技术产业的基石。随着信息时代的到来，更大容量、更快传输以及更低功耗等诸多现实需求在推动产业技术链进步的同时，也激发了人们在基础研究领域对新型电子自由度的探索热情。近年来，随着石墨烯、过渡金属硫族化物等二维材料的出现，人们发现了一些材料体系中出现新的电子自由度—能谷，即布洛赫电子能带的极值点。在单层过渡金属硫化物中，主导激发态发光的导带底和价带顶被发现位于六边形第一布里渊区的六个K能谷位置，且相邻能谷间不等价，即相邻能谷中电子能量相等但自旋相反，可分别标记K和
‑
K能谷。
[0003]由于能量相等，采用普通的、没有偏振分辨的荧光光谱检测，不能直接区分出K和
‑
K能谷发射的光子。研究表明，K和
‑
K能谷中电子的带间跃迁及相关的光子发射或吸收行为均以光的圆偏振相关，即K和
‑
K能谷分别只跟左旋和右旋光耦合，因此采用具有偏振分辨(包括线偏振和圆偏振)的荧光光谱，可以轻易区分出两个不同能谷。然而，实际上的吸收和发光过程都伴随着声子散射现象，从而引起圆偏振度的下降。温度越高，声子数目越多，声子散射越强，圆偏振度也就越小，甚至不可区分。因此，实际能谷荧光测试测量过程中，样品基本上需要放置在液氮甚至液氦环境中，以减少声子散射的干扰。
[0004]实际上，大多数市面上的低温恒温器，特别是基于液氦循环的低温恒温器，为了减少样品振动，保证振动幅度在百纳米量级以下，低温腔体及其里面的样品都只能微小移动甚至完全固定在光学平台上。因此如何控制激发光斑和二维纳米材料的重合，是该光谱系统的一大核心问题。
[0005]此外，在偏振探测方面，也存在两大问题需要解决，一是激发光和荧光在系统中会经历大量的光学镜片的反射作用，如何保证入射到样品上的激发光和反射到光谱探测器入口处的荧光的偏振度；二是一般光谱仪中采用了线栅型光栅进行波长分辨，其本身对不同波长的荧光有不同的偏振响应特性，如何减少光谱探测器件带来的系统偏振检测误差。
[0006]针对当下低维半导体材料的低温偏振荧光光谱探测的相关研究需求巨大，传统荧光光谱测试系统无法满足测量需求。能够针对纳米材料的特殊需求，集合偏振分辨、微区探测和宽谱探测为一体，且能够保证样品不动的荧光光谱测量技术研究有着重要的意义。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，以克服现有技术所存在的缺陷。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，包括：
[0010]激光产生组件，用于产生激发光；
[0011]激光偏振调节组件，用于调节所述激发光的偏振状态；
[0012]滤光片，用于反射所述激发光并透射经样品出射的荧光；
[0013]三维独立光路位移组件，用于三维调整光路以聚焦光斑在所述样品表面进行x、y、z三轴的独立移动；
[0014]显微镜系统，用于对所述样品表面形貌、激发光和荧光进行照明和显微成像；
[0015]荧光偏振调节组件，用于调整荧光的偏振状态；
[0016]以及光谱探测模块，用于探测所述荧光的光谱和寿命。
[0017]进一步地，所述激光产生组件包括依次设置在光路上的激光器、光参量放大器、光波长选择器和光强调节器，所述激光器用于产生激发光，所述光参量放大器用于调节激发光的波长，所述光波长选择器用于选择激发光的波长，所述光强调节器用于调节激发光的光强。
[0018]进一步地，所述滤光片的入射光的入射角度小于5度。
[0019]进一步地，所述激光偏振调节组件包括依次设置的第一偏振器和第一波片，所述第一偏振器用于调整所述激发光的偏振状态，所述第一波片用于改变所述激发光的偏振状态.
[0020]进一步地，所述三维独立光路位移组件包括x轴位移台、y轴位移台、z轴位移台，放置在x轴位移台上的第二反射镜，放置在y轴位移台上的第三反射镜，所述y轴位移台设置在x轴位移台上，所述z轴位移台设置在y轴位移台上，所述x轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的x轴移动，所述y轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的y轴移动，所述z轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的z轴移动，所述第二反射镜用于将激发光从x轴位移台垂直反射至y轴位移台，所述第三反射镜用于将激发光从y轴位移台垂直反射至z轴位移台。
[0021]进一步地，所述激发光经滤光片反射至第二反射镜的激光光束与x轴位移台的位移方向平行。
[0022]进一步地，所述激发光经第二反射镜反射至第三反射镜的激光光束与y轴位移台的位移方向平行。
[0023]进一步地，还包括放置在z轴位移台的显微镜系统，所述显微镜系统用于对所述待测样品进行显微成像，所述显微镜系统包括第一薄膜分束器、显微物镜、第二薄膜分束器、成像相机、第四反射镜和照明光源，所述第一薄膜分束器和显微物镜依次设于第三反射镜和样品表面之间，所述第二薄膜分束器和第四反射镜依次设于第一薄膜分束器的一侧，所述成像相机设于第二薄膜分束器的一侧，所述照明光源设于第四反射镜的一侧。
[0024]进一步地，所述荧光偏振调节组件包括第二波片和第二偏振器，所述第二波片用于调整经样品出射的荧光的偏振状态，所述第二偏振器用于检测样品出射的荧光的偏振状态。
[0025]进一步地，还包括计算机，所述计算机与激光产生组件、激光偏振调节组件、滤光片、三维独立光路位移组件、显微镜系统、荧光偏振调节组件和光谱探测模块连接；用于对所述激光产生组件、激光偏振调节组件、滤光片、三维独立光路位移组件、显微镜系统、荧光
偏振调节组件和光谱探测模块进行控制，并接收所述光谱探测模块的测量结果以及所述显微镜系统的成像图像。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0027]1、本专利技术中激光光斑和样品之间的精准耦合不需要样品位移台，利用样品位移和激光光斑位移等效的思路，将常规样品位移时产生的运动轨迹沿x/y/z三个正交方向分解，利用三维独立光路位移组件，直接控制激光光束在空间上的三维平行移动，可以实现待测样品与激光光斑的精准耦合，在低温、强磁等特定环境下，当样品或样品腔不方便移动的时候，可以此方法实现微米量级精度的耦合。
[0028]2、本专利技术中滤光片置于小角度入射的光路中，入射光以小于5
°
的入射角入射，保证了激发光的偏振状态不变；同时样品发射出来的荧光以小于5
°
的入射角透射该滤光片，保证了荧光在到达第二波片之前偏振状态不变，可以实现任意线偏振光和圆偏振光的激发和探测。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，其特征在于，包括：激光产生组件，用于产生激发光；激光偏振调节组件，用于调节所述激发光的偏振状态；滤光片，用于反射所述激发光并透射经样品出射的荧光；三维独立光路位移组件，用于三维调整光路以聚焦光斑在所述样品表面进行x、y、z三轴的独立移动；显微镜系统，用于对所述样品表面形貌、激发光和荧光进行照明和显微成像；荧光偏振调节组件，用于调整荧光的偏振状态；以及光谱探测模块，用于探测所述荧光的光谱和寿命。2.根据权利要求1所述的基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，其特征在于，所述激光产生组件包括依次设置在光路上的激光器、光参量放大器、光波长选择器和光强调节器，所述激光器用于产生激发光，所述光参量放大器用于调节激发光的波长，所述光波长选择器用于选择激发光的波长，所述光强调节器用于调节激发光的光强。3.根据权利要求1所述的基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，其特征在于，所述滤光片的入射光的入射角度小于5度。4.根据权利要求1所述的基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，其特征在于，所述激光偏振调节组件包括依次设置的第一偏振器和第一波片，所述第一偏振器用于调整所述激发光的偏振状态，所述第一波片用于改变所述激发光的偏振状态。5.根据权利要求1所述的基于三维可移动光路的偏振分辨荧光测试系统，其特征在于，所述三维独立光路位移组件包括x轴位移台、y轴位移台、z轴位移台，放置在x轴位移台上的第二反射镜，放置在y轴位移台上的第三反射镜，所述y轴位移台设置在x轴位移台上，所述z轴位移台设置在y轴位移台上，所述x轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的x轴移动，所述y轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的y轴移动，所述z轴位移台用于实现聚焦在样品表面的光斑的z轴移动，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦可，隋沂臻，江天，唐宇翔，刘祺瑞，李思维，程湘爱，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：