法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2005-12-07
专利权的终止未缴年费专利权终止
专利权的终止未缴年费专利权终止
2001-10-24
授权
授权
1999-04-07
公开
公开
1999-03-17
实质审查请求的生效
实质审查请求的生效
本发明属于光学电子仪器
椭圆偏振光谱学原理在可见光谱区已有了成功的应用,但在红外光谱区的应用却被推迟了许多年,主要困难在于在红外区实验上所需要的高功率光源、高灵敏度光子探测器和光学元器件等条件都不易被满足。直到最近几年,随着红外富利埃光谱商用技术的成熟和推广,才使得红外富利埃椭偏光谱技术获得了研究、发展和应用。[参考文献:(1).J.Kircher et al,J.Opt.Soc.Am.B14,2153(1997);(2).M.Luttmann et al,thin solid films,313-314,631(1998)]。在上述设计中,采用了如下程式:
红外光源→红外富利埃变换→P→样品→A→探测器→数据富利埃变换→计算→红外光学常数谱结果。
其中,起偏器P被固定在某方位角,而检偏器作连续旋转。通过对光子波长和检偏角A作双重富利埃变换分析后,所得到光强信号为:I(λ)=I0(λ)+I1(λ)cos(2A)+I2(λ)sin(2A)=I0(λ)+IA(λ)cos[2A+θ(λ)]式中,各波长位置的I0、I1和I2可通过双重富利埃变换分析得到:
由于采用了双重富利埃分析的方法,有效克服了在红外区所遇到的弱光源、低灵敏度光子探测器和光学元器件等困难。近几年来,以该原理设计的红外富利埃椭圆偏振光谱仪已由美国的Woollam和法国的SOPRA等公司生产。
但该方法存在二个明显的缺点,一是需要测量直流成分I0(λ)。在红外区,光源、环境温度和气氛质量的微小变化会造成直流成分的涨落,而对数据计算的测量精度带来影响,需要在实验中加以仔细校正,但不易做到,[参考文献:(3).E.Wold et al,thinsolid films,313-314,649(1998)]。另一是系统定标十分繁琐和费时,[参考文献:(4).D.E.Aspnes,J.Opt.Soc.Am.64,812(1974)]。因此在上述方法中实际测量到的信号为:I(λ)=[I0(λ)+ΔI0(λ)]+IA(λ)cos[2A+θ(λ)+Δθ(λ)]式中ΔI0(λ)为直流成分涨落引起的误差;Δθ(λ)为附加的相位误差,由检、起偏器的初始位置不确定及系统电子线路的相应引起。在红外区Δθ(λ)的随机涨落可达到±0.1°,将对数据的准确性造成影响。这些都需要在系统分析中给予校正,但不易被可靠、稳定和重复地做到,并且校正的程序繁琐。
本发明的目的是发明一种准确、灵敏、快速测量的红外双重富利埃变换的椭圆偏振光谱仪及其设计方法。本发明的设计原理为如下的程式:
红外光源→红外富利埃变换→起偏器P0(固定)→起偏器P(旋转)→样品→检偏器A(旋转)→探测器→数据富利埃变换→计算→红外光学常数谱结果。
红外光源通过一个迈克逊富利埃干涉仪,再经过起偏器P0和起偏器P,以一定的入射角到样品上,入射角一般为20°~90°,光被反射后再经过检偏器A由探测器接收,最后的信号经AD转换后被计算机作富利埃分析和处理,并计算出相应的光学常数。上述程式中,P0固定为零度(相对与入射面),检偏器A和起偏器P采用2:1系数同步旋转。旋转方式是:当A每转一个分步角度Ai时(Pi=Ai/2),便对光强作一次和多次富利埃变换,取平均后获得与该角度对应的光强随波长分布的光谱,即获得在Ai位置的光强I(λ)i谱。当在A的旋转周期中完成了各光强I(λ)i谱的测量后,再通过计算机在每一波长位置对光强I(λ)i谱随Ai的变化作富利埃分析,便能在全波长范围内快速求得与各波长对应的各光强分量。
在S(垂直于入射面)和P(平行于入射面)的坐标系中,以S轴为参照系,设置P0=0,并且P和A同步旋转,A=2P,因此,最后随检偏角变化的出射光强为:I (λ)=I0(λ)+I1(λ)cos(A)+I2(λ)cos(2A)+I3(λ)cos(3A)+I4(λ)cos(4A)式中,
本发明设计方法在实施例中已详细描述。
利用本方法设计的双重富利埃变换的椭圆偏振光谱仪的特点为:系统实现自我定标,定标概念清楚,程序简单,尤其在红外区的实施更是简便易行。系统实现双重富利埃分析,既对波长又对偏振角作富利埃分析,显著提高了红外区的椭偏数据信噪比质量,并将检偏器和起偏器2∶1的旋转方式结合进了上述测量程式,从而有效克服了红外椭偏参数测量和分析中所遇到的如需要准确测量直流信号成分和位相角等的困难。在设计中,入射角连续可变,分辨率优于0.01°。数据自动采集、分析和计算。系统实现了绝对定标、数据自洽和快速测量的目的,自洽度优于0.5%。系统对红外椭偏参数的测量具有准确、灵敏和实时快速的优点。本方法的实施方案如下:
由黑体辐射提供的红外光源通过一个迈克逊富利埃干涉仪,出射光被准直后经过起偏器P0和起偏器P,以一定的入射角到样品上,光被反射后再经过检偏器A由探测器接收,最后的信号经AD转换后被计算机作富利埃分析和处理,并计算出相应的光学常数。在设计中,P0固定并垂直于入射面,P和A的初始位置也与入射面垂直。检偏器A和起偏器P采用2∶1系数同步旋转。旋转方式:当A每转一个分步角度Ai时(Pi=Ai/2),便对光强作一次和多次富利埃变换,取平均后获得与该角度对应的光强随波长分布的光谱,即获得在Ai位置的光强I(λ)i谱。当在A的旋转周期中完成了各光强I(λ)i谱的测量后,再通过计算机在每一波长位置对光强I(λ)i谱随Ai的变化作富利埃分析,便能在全波长范围内快速求得与各波长对应的各光强分量。
机译: 它是一种低,双光束傅立叶变换红外光谱仪和装置,用于检测透射率样品中的特定成分
机译: 适用于测量材料碳氢碳的红外光谱(下一个)的装置的细胞透射仪,一种光谱仪,该光谱仪包括使用相同的方法预测细胞或光谱仪中该物质的物理性质的方法以及一种制备betum光谱仪与
机译: 完全集成的互补金属氧化物半导体(cmos)傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪和拉曼光谱仪