一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，包括以下步骤：1)、搭建可以产生角向偏振和径向偏振光作为激发光源的拉曼光谱系统；2)、使用各向同性样品的拉曼信号矫正系统；3)、使用单晶硅样品验证系统；4)、分别使用角向偏振和径向偏振光作为激发光源，测量待测样品的拉曼信号；5)、使用测量的数据，结合理论计算，得到由纵向偏振光激发的拉曼信号，本发明专利技术根据角向偏振光和径向偏振光在焦点区域电场分布的关系，设计出了用于探测纵向偏振光激发的拉曼信号的方法，此方法解决了目前无法直接准确测量纵向偏振光激发的拉曼信号的难题。信号的难题。信号的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法


[0001]本专利技术属于光学
，尤其涉及一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱以光子为探针，具有无接触无损伤和高灵敏度等优点，是一种快速，可实时检测材料结构和微结构及声子与其它元激发间相互作用的有效工具，利用它可以了解晶体内部的缺陷、晶格畸变及其相变的等情况。偏振拉曼光谱除了可以提供常规拉曼能够给出的一般的化学识别信息之外，还可以探测有关分子取向和化学键振动对称性的信息。
[0003]目前偏振拉曼通常使用线偏振光激发，激发光的偏振方向垂直于光束传播方向，平行于样品表面，可以有效检测分子取向均一并且平行于样品表面的样品，但是不利于检测分子取向沿着光束传播方向的垂直取向的样品。在通常使用的背散射实验条件下，如果需要测量垂直取向的样品，则需要改变样品的切割方向，或者将样品旋转一定角度。对径向偏振光束进行强聚焦，理论上可以在焦点处产生较强的纵向偏振光场，可以用于激发纵向偏振的拉曼信号，但焦点区域仍然有不可忽略的横向偏振分量，会对纵向偏振拉曼信号的测量产生干扰。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，包括如下步骤：
[0005]S1：搭建拉曼光谱系统，拉曼光谱系统的激发光源能够产生角向偏振光和径向偏振光，且角向偏振光和径向偏振光的偏振状态可以任意调节；
[0006]S2：使用各向同性样品矫正拉曼光谱系统，直至角向偏振光和径向偏振光在不同角度下的拉曼信号强度相同；
[0007]S3：使用单晶硅样品检验拉曼光谱系统在S2中的结果是否正确；
[0008]S4：分别使用角向偏振光和径向偏振光作为激发光源检测待测样品的拉曼信号，得到测量数据；
[0009]S5：基于测量数据，通过计算得到由纵向偏振光激发的拉曼信号。
[0010]进一步地，S1中，拉曼光谱系统包括：窄线宽激光器、偏振转换器、二向色镜、检偏器、光谱探测器、物镜、样品台和样品，偏振转换器用以实现角向偏振光和径向偏振光的转换；
[0011]窄线宽激光器发射单模高斯准直光束，单模高斯准直光束通过偏振转换器转化为矢量偏振光束，矢量偏振光束经过二向色镜反射至物镜并聚焦于放置在样品台的样品上，矢量偏振光束照射样品激发拉曼信号并按原光路返回，依次经过二向色镜和检偏器后进入光谱探测器，光谱探测器产生光谱数据。
[0012]进一步地，偏振转换器在进行角向偏振光和径向偏振光的转换过程中，窄线宽激
光器发出激光的激光功率保持不变。
[0013]进一步地，S2中，拉曼光谱系统的矫正过程包括如下步骤：
[0014]S21：使用角向偏振光激发各向同性样品，旋转检偏器一定角度至一周，记录检偏器在旋转一周的过程中每个旋转角度时的拉曼信号；
[0015]S22：使用径向偏振光激发各向同性样品，旋转检偏器相同角度至一周，记录检偏器在旋转一周的过程中每个旋转角度时的拉曼信号；
[0016]S23：检查S21和S22中检偏器在不同角度下的拉曼信号强度是否相同，若不相同，则回到S1，调节光路，直至S21和S22中样品在不同角度下的拉曼信号强度相同为止。
[0017]进一步地，一定角度为小于等于18
°
。
[0018]进一步地，S3中，通过单晶硅<110>晶面样品重复S21和S22的测量，对测量结果进行计算，得到横向偏振光强度在聚焦后的径向偏振光中的占比η
r
，计算方法如下：改变η
r
的值，使表达式的值随样品旋转角度θ的变化值最小，其中I
r
(θ)和分别是聚焦后的径向偏振光和径向偏振光在不同样品旋转角度θ下激发的拉曼信号。
[0019]进一步地，S5中，通过如下过程获得样品由纯纵向偏振光激发的拉曼信号：对待测样品分别使用径向偏振光和角向偏振光进行激发并测量得到拉曼光谱A
r
和结合得到的η
r
的值，由公式得到待测样品由纯纵向偏振光激发的拉曼光谱。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]1、本专利技术技术方案实现了对纵向偏振光的纵向偏振光激发的拉曼信号的测量，这是目前其他偏振测量方法无法实现的。
[0022]2、本专利技术技术方案中的测量方法可以对系统定量校准，并定量验证系统的准确性；虽然使用矢量光束测量纵向偏振光激发的拉曼信号也有报道，但都是定性的测量。
附图说明
[0023]图1为本专利技术拉曼光谱系统的实验装置示意图；
[0024]图2中(a)和(b)分别为本专利技术中<110>面单晶硅在角向偏振和径向偏振光激发下，计算得到的拉曼信号与检偏器旋转角度的关系曲线；(c)为计算得到的纯纵向偏振光激发的拉曼信号与检偏器旋转角度的关系曲线；
[0025]图3为本专利技术中<110>面单晶硅在角向偏振和径向偏振光激发下，实验测量得到的拉曼信号与检偏器旋转角度的关系曲线，以及由这两条曲线计算得到的纯纵向偏振光激发的拉曼信号与检偏器旋转角度的关系曲线。
[0026]其中，1:窄线宽激光器；2:角向/径向偏振转换器；3:二向色镜；4:检偏器；5：光谱探测器；6:物镜；7:样品；8:样品台。
具体实施方式
[0027]下面将结合示意图对本专利技术一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果，因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0028]在本专利技术的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本专利技术的具体保护范围。
[0029]一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，包括以下步骤：
[0030]1)搭建拉曼光谱系统，拉曼光谱系统的激发光源能够产生角向偏振光和径向偏振光，且角向偏振光和径向偏振光的偏振状态可以任意调节。其中拉曼光谱系统如图1所示，包括：窄线宽激光器1、偏振转换器、二向色镜3、检偏器4、光谱探测器5、物镜6、样品台8和样品7。偏振转换器为角向/径向偏振转换器2，用以实现角向偏振光和径向偏振光的转换，且在转换过程中，激光功率需要保持不变；
[0031]2)使用各向同性样品矫正拉曼光谱系统，直至角向偏振光和径向偏振光在不同角本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：搭建拉曼光谱系统，所述拉曼光谱系统的激发光源能够产生角向偏振光和径向偏振光，且所述角向偏振光和径向偏振光的偏振状态可以任意调节；S2：使用各向同性样品矫正拉曼光谱系统，直至角向偏振光和径向偏振光在不同角度下的拉曼信号强度相同；S3：使用单晶硅样品检验所述拉曼光谱系统在S2中的结果是否正确；S4：分别使用角向偏振光和径向偏振光作为激发光源检测待测样品的拉曼信号，得到测量数据；S5：基于所述测量数据，通过计算得到由纵向偏振光激发的拉曼信号。2.根据权利要求1所述的基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，其特征在于，所述S1中，所述拉曼光谱系统包括：窄线宽激光器、偏振转换器、二向色镜、检偏器、光谱探测器、物镜、样品台和样品，所述偏振转换器用以实现角向偏振光和径向偏振光的转换；所述窄线宽激光器发射单模高斯准直光束，所述单模高斯准直光束通过所述偏振转换器转化为矢量偏振光束，所述矢量偏振光束经过所述二向色镜反射至物镜并聚焦于放置在样品台的样品上，矢量偏振光束照射样品激发拉曼信号并按原光路返回，依次经过二向色镜和检偏器后进入光谱探测器，所述光谱探测器产生光谱数据。3.根据权利要求2所述的基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，其特征在于，所述偏振转换器在进行角向偏振光和径向偏振光的转换过程中，所述窄线宽激光器发出激光的激光功率保持不变。4.根据权利要求2所述的基于矢量偏振光束测量纵向偏振拉曼信号的方法，其特征在于，所述S2中，所述拉曼光谱系统的矫正过程包括如下步骤：S21...

【专利技术属性】
技术研发人员：林剑，徐鸿帆，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：