簡單介紹

微區(qū)反射光譜測(cè)量系統(tǒng)即是將光譜分析技術(shù)與顯微光路結(jié)合，可在微米級(jí)尺度上采集樣品的反射光譜信息，廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物等行業(yè)材料光譜性能研究。

特點(diǎn)列表

◆ 模塊設(shè)計(jì)：通過在顯微鏡中加裝拓展模塊實(shí)現(xiàn)光譜測(cè)量，同時(shí)可在客戶現(xiàn)有顯微鏡基礎(chǔ)上定制相應(yīng)檢測(cè)模塊。

◆ 共焦設(shè)計(jì)：光源光路與光譜儀接收光路共軸，獨(dú)特的共焦設(shè)計(jì)使得測(cè)量“所見即所得”，并且系統(tǒng)的雜散光可以得到有效抑制。

◆ 寬光譜檢測(cè)范圍：搭配如海光電的光纖光譜儀，可實(shí)現(xiàn)200~2500nm寬光譜測(cè)量。

◆ 靈活選配與升級(jí)：該系統(tǒng)除可實(shí)現(xiàn)反射測(cè)量外，同時(shí)可根據(jù)客戶需求在此基礎(chǔ)上添加特定測(cè)量模塊從而實(shí)現(xiàn)反射+透射+拉曼+熒光多光譜測(cè)量。

◆ 高精度測(cè)量：自動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)最小步進(jìn)1μm，可實(shí)現(xiàn)微小區(qū)域光譜掃描測(cè)量。

應(yīng)用實(shí)例

薄膜厚度測(cè)量

原理：

如圖所示：當(dāng)一束光入射到樣品表面上時(shí)，一部分光在薄膜表面以θ1角產(chǎn)生反射，形成反射光1，另一部分光發(fā)生折射，折射角θ2，折射光在基底表面再次產(chǎn)生反射，反射光在空氣與薄膜界面發(fā)生折射，以θ1角度出射，形成反射光2，反射光1與反射光2發(fā)生干涉。兩種光束發(fā)生干涉的條件為：

式中n1為空氣折射率，n2為待測(cè)薄膜折射率，d為薄膜厚度，當(dāng)兩束反射光束的光程差相差波長的整數(shù)倍時(shí)，兩束光束相位相同，此時(shí)發(fā)生干涉相長與相消，分別對(duì)應(yīng)反射率光譜的波峰與波谷。

薄膜干涉原理示意圖

當(dāng)采用微區(qū)顯微方式采集樣品反射率光譜時(shí)，入射角與折射角θ1、θ2趨近于0，空氣折射率n1=1.003。假設(shè)反射譜曲線上一對(duì)相鄰的波峰與波谷對(duì)應(yīng)的波長為λ1和λ2，且λ1<λ2。因此，可得：

2n2d=kλ1  

2n2d=(k-1/2)λ2

消去式中k，可得：

實(shí)際應(yīng)用中，從反射率光譜上可得到多組波峰和波谷的對(duì)應(yīng)的波長，計(jì)算出多個(gè)膜厚值，求得厚度的平均值以減小誤差。

受干涉影響的反射率光譜

測(cè)試實(shí)例：

如圖所示，為采用如海光電微區(qū)反射系統(tǒng)測(cè)得的一薄膜樣品反射率光譜。

如海微區(qū)反射系統(tǒng)測(cè)量的樣品反射率光譜

從圖中可以觀察到明顯的干涉條紋，利用上文所述方法可計(jì)算得出該薄膜的厚度約為12.9μm。

微區(qū)反射率高光譜二維成像

反射率高光譜成像技術(shù)是光譜技術(shù)與圖像技術(shù)的結(jié)合，它可以同時(shí)獲得樣品二維空間的光譜分布信息。

光源通過顯微系統(tǒng)后，采樣點(diǎn)直徑最小可達(dá)到30μm左右，如圖所示，通過提前設(shè)置掃描區(qū)域的大小以及橫縱方向的采集點(diǎn)數(shù)（m，n），將待測(cè)樣品分割為m×n個(gè)矩形小方格，自動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)以固定的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，依次運(yùn)行到目標(biāo)方格處后采集該點(diǎn)的光譜信息，采集完成后選取對(duì)應(yīng)的光譜特征點(diǎn)，以該點(diǎn)重構(gòu)樣品的光譜mapping圖，因此采集前預(yù)設(shè)的采樣點(diǎn)數(shù)越密集，則mapping圖像的還原度就越高。

微區(qū)反射率高光譜采集原理與實(shí)測(cè)圖

結(jié)語

如海光電微區(qū)反射系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)微米級(jí)樣品光譜性能檢測(cè)，具有高空間分辨率、高靈敏度、高精度、高適配性、寬光譜檢測(cè)范圍等優(yōu)點(diǎn)，此外通過靈活搭配不同的模塊可同時(shí)實(shí)現(xiàn)拉曼光譜、熒光光譜、透射光譜等多光譜檢測(cè)。