CN107192675A - 一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测*** - Google Patents

一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***。检测***利用一个光学缩束器来减小反射光束直径和增强反射信号的强度，同时利用一个长焦透镜与可变光阑耦合来获取材料的光调制反射信号，有效地抑制了泵浦激光所激发的荧光信号对调制光谱的干扰，实现了对材料的真实光调制反射光谱的探测。本发明的优越性在于经济实用、简单易行。

Description

一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***
技术领域
本发明涉及一种光调制反射光谱检测***，具体涉及一种经济的，能有效抑制荧光信号干扰的光调制反射光谱检测***,可用于可见及红外半导体材料的光学特征检测。
背景技术
在过去几十年中，反射光谱和吸收光谱被广泛用于半导体电子能带结构研究，其通过测量半导体材料在带边附近不同能量处的反射率和透射率，对应于复折射率实部和虚部的变化，从而反映半导体材料内部电子结构。然而单纯的反射和透射光谱是一种静态的绝对测量，其光谱特征呈现非常宽厚的背景，而感兴趣的结构通常是微弱的，很容易埋没在强烈的背景中而难以分辨出来，因而具有很大的局限性。调制光谱克服了反射与透射光谱静态的绝对测量所具有的这些不利和缺陷，而被人们广泛的加以研究和运用。调制光谱的基本思想是通过对测试样品施加具有一定周期性的外界微扰，来调制半导体样品内部的某些光学性质和参数。这些微扰参数可以是电场、磁场、应力、样品温度，甚至是入射光的偏振特性或者波长等等。调制光谱从本质上来说是一种微分谱，因而静态绝对反射谱测量中所具有的宽厚背景可以很好的被去除；而在半导体材料临界点附近的光谱呈现尖锐的光谱线型，绝对谱中难以辨认的一些特征在调制光谱中得到轻易地识别。
在众多调制光谱中，光调制光谱因具有与样品非接触、无损伤、操作简单等优点而被广泛应用与半导体光谱检测领域。但单纯的光调制光谱也存在一些应用上的不足，当运用激光对样品的内建电场进行周期性调制时，同时也会激发样品导致荧光干扰。尤其是当样品具有较高的荧光效率或进行低温测量时，荧光背景问题表现的尤为突出。针对这个问题，人们也提出了所谓抑制荧光背景的双光调制技术，通过对泵浦和探测光进行不同频率调制，结合双锁相技术以提取出所需要的调制信号。但这种方法在一定程度上增加了实验测量上的复杂性，提升了技术上的难度，同时也增加了实验的经济成本，在一定程度上不利于光调制光谱的广泛应用。如何简单、有效地抑制荧光背景干扰、提高信噪比对光调制反射谱技术广泛应用提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***。
为了实现上述目的，本专利提供一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***。实现该***的部件主要包括：宽波段白光源1，消色差光学缩束器2，探测光聚焦透镜3，激光聚焦透镜4，样品平移台5，可变光阑6，长焦光学信号收集组件7，滤波片8，单色仪9，锁相放大器10，激光器11，光学斩波器12，其中：
被检测样品放置于探测光聚焦透镜3前焦平面处的样品平移台5上。测试***将宽波段白光源1所发射出的白光作为探测光，探测光经过高缩束比的消色差光学缩束器2缩束后聚焦到测试样品表面。同时激光器11发射的泵浦激光经过光学斩波器12调制后，经激光聚焦透镜4入射到样品表面并能完全覆盖前述探测光光斑。探测光光束经样品反射后并经过可变光阑6过滤后被长焦光学信号收集组件收集7，经滤波片8导入单色仪9，最后信号输入锁相放大器10，并获取调制信号。其中消色差光学缩束***2收缩了探测光光束直径，同时提高了光束功率密度。可变光阑与长焦收集透镜耦合减小收集透镜的有效数值孔径，大大地降低了泵浦激光所激发的荧光信号收集效率，同时可以通过调节可变光阑大小保证反射光束强度几乎不受影响，从而有效抑制荧光信号对调制信号的干扰。
本发明的优越性在于：在传统的光调制反射***的基础上，引入高缩束比的消色差缩束组件实现探测光束的缩束，结合可变光阑与长焦透镜有效地抑制了泵浦激光所激发的荧光信号对调制信号的干扰。相比双光调制光谱具有简单易操作，经济成本低等优越特性。为光调制光谱在半导体材料分析领域的广泛应用提供了一种简单有效的解决方案。
附图说明
图1是本发明提供的一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***的示意图；图1中的标记说明：
1—宽波段白光源；
2—消色差光学缩束器；
3—探测光聚焦透镜；
4—泵浦激光聚焦透镜；
5—样品平移台；
6—可变光阑；
7—长焦光学收集耦合组件；
8—滤波片；
9—单色仪；
10—锁相放大器；
11—激光器；
12—光学斩波器。
图2是利用本发明所实现的简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***与传统光调制反射光谱***分别对In0.55Ga0.45As半导体薄膜测试对比图。其中：图a为传统光调制反射光谱装置所测得的微分反射信号与荧光信号强度对比，图b为传统光调制反射光谱装置所测得的调制反射光谱；图c为本发明所实现的光调制反射光谱检测***测得的微分反射信号与荧光信号强度对比；图d为本发明所实现的光调制反射光谱检测***测得的调制反射光谱。
具体实施方式
本发明结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式进行说明。
一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***，主要包括：一个宽波段白光源1，一套消色差光学缩束器2，探测光聚焦透镜3，激光聚焦透镜4，一个二维样品平移台5，一个可变光阑6，一套长焦光学信号收集组件7，一个滤波片8，一个单色仪9，一个锁相放大器10，一个激光器11，一个光学斩波器12，其中主要器件具体参数如下：
宽波段白光源1为超连续白光光源或溴钨灯；
光学缩束器2采用配备消色差透镜的10倍变焦缩束器；
聚焦透镜3采用125mm焦长消色差透镜；
聚焦透镜4采用150mm焦长消色差透镜；
样品平移台5采用装备千分尺的二维平移台；
可变光阑6采用最小孔径为零的可变光圈；
长焦光学收集组件7采用125mm长焦收集，75mm透镜耦合单色仪；
滤波片8采用普通长通滤波片(截止波长可根据需要选择)；
单色仪9采用卓立汉光Omni-λ300，焦距为300mm，光栅型号为68mmX68mm
锁相放大器10采用SR830；
激光器11采用普通半导体激光器(波长可根据需要选择)；
光学斩波器12的输出频率为127Hz；
实施例(图2)中所用泵浦激光波长为532nm；滤光片为Thorlabs长通1200nm，同时过滤掉样品散射的泵浦激光与短波长探测光的二级衍射信号。测试样品为In0.55Ga0.45As半导体薄膜，外延于InP衬底；图2中左图a,b为普通光调制光谱,采用40mm，1in直径的透镜收集，右图c,d为改进后的装置所测得的光调制反射光谱，采用125mm长焦1in透镜收集，可变光阑孔径设为1mm。理论可计算得新设计的光调制光谱装置相对普通光调制可实现约1/(5.86×103)的荧光信号抑制比。在普通光调制光谱中(图a，b)，有较强的荧光信号，如图a虚线所示。由于受到荧光信号的干扰，调制光谱在荧光峰位附近呈现奇异特征，如箭头所示。而通过新的***可以获得真实正常的光调制光谱，调制谱中的荧光信号干扰得到有效的抑制，如图c，d所示。

Claims (1)

1.一种简单有效地抑制荧光干扰的光调制反射光谱检测***，包括宽波段白光源(1)，消色差光学缩束器(2)，探测光聚焦透镜(3)，激光聚焦透镜(4)，样品平移台(5)，可变光阑(6)，长焦光学收集耦合组件(7)，滤波片(8)，单色仪(9)，锁相放大器(10)，激光器(11)，光学斩波器(12)，其特征在于：
被检测样品放置于探测光聚焦透镜(3)前焦平面处的样品平移台(5)上，所述的宽波段白光源(1)所发射出的白光作为探测光，探测光经过高缩束比的消色差光学缩束器(2)缩束后聚焦到测试样品表面，同时激光器(11)发射的泵浦激光经过光学斩波器(12)调制后，经激光聚焦透镜(4)入射到样品表面并能完全覆盖前述探测光光斑；探测光光束经样品反射后并经过可变光阑(6)过滤后被长焦光学信号收集组件(7)收集，经滤波片(8)导入单色仪(9)，最后信号输入锁相放大器(10)，获取调制反射光谱信号。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109632760A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 深圳网联光仪科技有限公司 一种排除荧光干扰测量物质拉曼光谱的方法
WO2023197297A1 (zh) * 2022-04-15 2023-10-19 中国科学院半导体研究所 深紫外光调制反射光谱仪及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1804583A (zh) * 2006-01-18 2006-07-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于步进扫描的光调制反射光谱方法及装置
US20090218515A1 (en) * 2005-10-06 2009-09-03 Nanyang Technological University Eliminating fluorescence background noise
CN102316282A (zh) * 2011-09-20 2012-01-11 中国科学院理化技术研究所 一种基于光学杜比的图像降噪装置
CN104181110A (zh) * 2014-08-15 2014-12-03 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于显微镜的激光双调制反射光谱检测***
CN104458590A (zh) * 2014-12-02 2015-03-25 华侨大学 一种垂直磁化薄膜测试装置
CN105615824A (zh) * 2016-03-25 2016-06-01 中国科学院光电技术研究所 采用贝塞尔环带照明方式的长焦深暗场视网膜oct***

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090218515A1 (en) * 2005-10-06 2009-09-03 Nanyang Technological University Eliminating fluorescence background noise
CN1804583A (zh) * 2006-01-18 2006-07-19 中国科学院上海技术物理研究所 基于步进扫描的光调制反射光谱方法及装置
CN102316282A (zh) * 2011-09-20 2012-01-11 中国科学院理化技术研究所 一种基于光学杜比的图像降噪装置
CN104181110A (zh) * 2014-08-15 2014-12-03 中国科学院上海技术物理研究所 一种基于显微镜的激光双调制反射光谱检测***
CN104458590A (zh) * 2014-12-02 2015-03-25 华侨大学 一种垂直磁化薄膜测试装置
CN105615824A (zh) * 2016-03-25 2016-06-01 中国科学院光电技术研究所 采用贝塞尔环带照明方式的长焦深暗场视网膜oct***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
邱维阳: "GaAs(Sb,Bi)的光学和自旋极化特性研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109632760A (zh) * 2018-12-06 2019-04-16 深圳网联光仪科技有限公司 一种排除荧光干扰测量物质拉曼光谱的方法
WO2023197297A1 (zh) * 2022-04-15 2023-10-19 中国科学院半导体研究所 深紫外光调制反射光谱仪及其应用

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