微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，包括匀场光源、显微镜、光谱检测系统和控制系统，所述显微镜包括样品台和物镜；所述光谱检测系统包括角分辨接收光路、光谱仪、若干第一平移台和用于旋转调节的自动调节装置；所述角分辨接收光路包括孔径光阑、透镜组件、四分之一玻片、二分之一玻片和线偏振片，所述物镜采集样品台上待测样品的光并依次经过孔径光阑、透镜组件、四分之一玻片、二分之一玻片、线偏振片后被光谱仪检测；本发明专利技术可以长时间在无人操作条件下获得多组线偏振及圆偏振数据，避免了传统的手动调节所带来的误差和繁琐的人工操作，为显微角分辨庞加莱球的测试带来便利。来便利。来便利。

【技术实现步骤摘要】
微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置


[0001]本专利技术涉及信息光学
具体地说是微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着微纳米材料科学的发展，特别是对微纳结构光学领域的深入研究，使得人们对测试设备的精确度和自动化实验操作提出了更高的要求。利用显微角分辨庞加莱球偏振态的测试对研究凝聚态物理的基本性质、掌握微纳米结构中的特殊的电磁模式的色散关系以及微型光电器件的研发，都有重要的理论和实际意义。在光学领域，偏振态分布作为光的固有属性，对光与物质相互作用的过程分析起了关键作用。传统的偏振态包括线偏振、圆偏振、椭圆偏振，这些不同的偏振态类型都可以用庞加莱球来统一。庞加莱球北极点所表示的偏振态为右旋圆偏振；南极点所表示的偏振态为左旋圆偏振；赤道所在偏振态都是线偏振。每个点所代表的偏振态都是唯一确定的，每一种偏振态也可以在庞加莱球上找到一个点来表示。经典的矢量偏振态——径向偏振(S1、S2)和角向偏振(S3)都属于一阶庞加莱球偏振态。高阶的庞加莱球偏振光具有更复杂的偏振态分布，通过将不同的正交偏振光叠加等方式，研究者们得到了全庞加莱矢量光场，并应用在了一些高科技领域，如偏振发生器、光学捕获和光学通信等。
[0003]目前庞加莱矢量光束的产生手段主要有利用四分之一波片、二分之一波片和组合波片等实现矢量光束的产生，但在调整矢量光束的时候需要偏振器以及组合波片的旋转或更换。而对于庞加莱球光场的微区测试也仅局限于手动控制，导致测试时间过长和人力物力的耗损，为实验带来了不可避免的误差。/>
技术实现思路

[0004]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种自动实现对微纳米尺度区域的微区光谱、角分辨光谱的同时探测，以及自动实现对样品庞加莱球中斯托克斯参数测试的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，包括匀场光源、显微镜、光谱检测系统和控制系统，所述显微镜包括样品台和物镜；所述光谱检测系统包括角分辨接收光路、光谱仪、若干第一平移台和用于旋转调节的自动调节装置；
[0007]所述角分辨接收光路包括孔径光阑、透镜组件、四分之一玻片、二分之一玻片和线偏振片，所述物镜采集样品台上待测样品的光并依次经过孔径光阑、透镜组件、四分之一玻片、二分之一玻片、线偏振片后被光谱仪检测；
[0008]所述四分之一玻片、二分之一玻片和线偏振片分别设置在独立的自动调节装置上，所述设置有四分之一玻片、二分之一玻片或线偏振片的自动调节装置分别设置在独立的第一平移台上，所述四分之一玻片、二分之一玻片和线偏振片的平移方向与光谱仪的入
射狭缝所在平面平行，所述第一平移台和自动调节装置受控于控制系统。
[0009]进一步的，所述显微镜还包括分束器和显微镜内部透镜，待测样品的光依次经过物镜、分束器和显微镜内部透镜后达到孔径光阑。
[0010]进一步的，所述透镜组件包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，途径孔径光阑的光束依次经过第一透镜、第二透镜和第三透镜到达四分之一玻片；所述第一透镜的第一焦点与所述孔径光阑对准，所述第二透镜放置在第一透镜的k空间像距离第一透镜一倍焦距的位置，所述第三透镜放置在第二透镜的k空间像距离第二透镜一倍焦距的位置，所述光谱仪的入射狭缝设置在第三透镜的焦平面处，使得所述第三透镜的k空间像呈现于光谱仪的入射狭缝的位置。
[0011]进一步的，所述角分辨接收光路还包括导光件和CCD成像装置，所述导光件为半透半反镜，所述导光件设置在第二透镜与第三透镜之间，所述第二透镜k空间的光经导光件反射到CCD成像装置上。
[0012]进一步的，所述第三透镜安装在另一个第一平移台上，所述第三透镜的平移方向与光谱仪的入射狭缝所在平面平行。
[0013]进一步的，所述第一透镜和第二透镜安装在第二平移台上，所述第二平移台为手动二维平移台，所述第二平移台有x、y方向的两个千分尺控制，直线度0.005mm，灵敏度0.002
‑
0.003mm。
[0014]进一步的，所述第一平移台包括底座、安装在所述底座上的导轨、滑动安装在所述导轨上的滑台、安装在所述底座上的带动滑台滑动的丝杆和驱动丝杆旋转的第一电机；所述滑台的最小移动精度为0.0001mm；所述丝杆上设置有辅助拨块；
[0015]所述自动调节装置包括设置在所述滑台上的支撑杆、设置在所述支撑杆顶端的安装板、转动安装在所述安装板上的镜片固定环、自动旋转旋钮和与所述自动旋转旋钮驱动连接的第二电机，所述镜片固定环的外周设置有齿部，所述自动旋转旋钮与所述镜片固定环的外周啮合。
[0016]进一步的，所述控制系统内设置有参数模块、分析模块和外控模块；所述参数模块包括系统设置参数和若干组测试参数，所述系统设置参数包括采集数据中心波长的范围、每组数据的采集次数和对应的曝光时间，所述测试参数包括均场光源的波长、第一平移台的平移参数和线偏振片、四分之一玻片、二分之一玻片的旋转度数，每采集完一组数据，自动使用另一组测试参数进行测试；所述分析模块用于分析整合光谱仪的收集的数据，所述外控模块用于根据测试参数向动作执行机构发出动作指令。
[0017]进一步的，进行微区角分辨庞加莱球的自动化测试时，将含有微纳结构的待测样品器件置于样品台，用显微镜找到待测样品的焦平面，把待测样品表面发射的光通过透镜组件引到光谱仪狭缝上以及通过导光件引到CCD成像装置上，通过控制孔径光阑的孔径的大小来控制光斑采集区域的范围，开始采集数据时，将光斑调整至左边到与光谱仪狭缝相切，依次使用测试参数进行光路的自动调整，直至圆形光斑最右边与光谱仪狭缝相切后系统自动停止，分析模块根据光谱仪采集数据分析整个圆形光斑面积所携带的k空间的角度信息，即每个波长下都能拼凑出kx，ky两个方向组成平面涵盖光子色散关系的像素点。
[0018]进一步的，进行庞加莱球偏振态测试时，包括庞加莱球偏振态S1、S2的测试步骤和庞加莱球偏振态S3的测试步骤；
[0019]所述庞加莱球偏振态S1、S2的测试步骤为：通过第一平移台调整线偏振片的位置与光谱仪狭缝对准，保持线偏振角度为0
°
，只允许与光谱仪狭缝平行方向的光通过；通过第一平移台调整二分之一玻片滑移到与光谱仪狭缝对准的位置，此时光路上有二分之一玻片和线偏振片，通过自动调节装置调整二分之一玻片的旋转角度，分别测量0
°
、45
°
、90
°
、135
°
的线偏振数据，并根据庞加莱球偏振态计算公式得到庞加莱球三维线偏振光谱色散关系；
[0020]所述加莱球偏振态S3的测试步骤为：保持线偏振角度为0
°
，通过第一平移台调整四分之一玻片到与光谱仪狭缝对准的位置，此时光路上有四分之一玻片、二分之一玻片和线偏振片，通过自动调节装置调整四分之一玻片的旋转0
°
和45
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，包括匀场光源、显微镜、光谱检测系统和控制系统，所述显微镜包括样品台(1)和物镜(2)；所述光谱检测系统包括角分辨接收光路、光谱仪(9)、若干第一平移台(8)和用于旋转调节的自动调节装置；所述角分辨接收光路包括孔径光阑(3)、透镜组件、四分之一玻片(17)、二分之一玻片(18)和线偏振片(19)，所述物镜(2)采集样品台(1)上待测样品的光并依次经过孔径光阑(3)、透镜组件、四分之一玻片(17)、二分之一玻片(18)、线偏振片(19)后被光谱仪(9)检测；所述四分之一玻片(17)、二分之一玻片(18)和线偏振片(19)分别设置在独立的自动调节装置上，所述设置有四分之一玻片(17)、二分之一玻片(18)或线偏振片(19)的自动调节装置分别设置在独立的第一平移台(8)上，所述四分之一玻片(17)、二分之一玻片(18)和线偏振片(19)的平移方向与光谱仪(9)的入射狭缝所在平面平行，所述第一平移台(8)和自动调节装置受控于控制系统。2.根据权利要求1所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述显微镜还包括分束器(20)和显微镜内部透镜(21)，待测样品的光依次经过物镜(2)、分束器(20)和显微镜内部透镜(21)后达到孔径光阑(3)。3.根据权利要求2所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述透镜组件包括第一透镜(4)、第二透镜(5)和第三透镜(7)，途径孔径光阑(3)的光束依次经过第一透镜(4)、第二透镜(5)和第三透镜(7)到达四分之一玻片(17)；所述第一透镜(4)的第一焦点与所述孔径光阑(3)对准，所述第二透镜(5)放置在第一透镜(4)的k空间像距离第一透镜(4)一倍焦距的位置，所述第三透镜(7)放置在第二透镜(5)的k空间像距离第二透镜(5)一倍焦距的位置，所述光谱仪(9)的入射狭缝设置在第三透镜(7)的焦平面处，使得所述第三透镜(7)的k空间像呈现于光谱仪(9)的入射狭缝的位置。4.根据权利要求3所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述角分辨接收光路还包括导光件(6)和CCD成像装置(22)，所述导光件(6)为半透半反镜，所述导光件(6)设置在第二透镜(5)与第三透镜(7)之间，所述第二透镜(5)k空间的光经导光件(6)反射到CCD成像装置(22)上。5.根据权利要求4所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述第三透镜(7)安装在另一个第一平移台(8)上，所述第三透镜(7)的平移方向与光谱仪(9)的入射狭缝所在平面平行。6.根据权利要求4所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述第一透镜(4)和第二透镜(5)安装在第二平移台上，所述第二平移台为手动二维平移台，所述第二平移台有x、y方向的两个千分尺控制，直线度0.005mm，灵敏度0.002
‑
0.003mm。7.根据权利要求1所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置，其特征在于，所述第一平移台(8)包括底座(13)、安装在所述底座(13)上的导轨(16)、滑动安装在所述导轨(16)上的滑台(14)、安装在所述底座(13)上的带动滑台(14)滑动的丝杆(15)和驱动丝杆(15)旋转的第一电机；所述滑台(14)的最小移动精度为0.0001mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖清，梁倩，任佳欢，朱金龙，龙腾，付红兵，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：