CN116465867A - 一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，包括热波泵浦光产生模块、线振探测光产生模块、照明模块和信号检测模块；述热波泵浦光产生模块和所述线振探测光产生模块分别产生热波泵浦光和荧光激发光；所述照明模块用于接收所述热波泵浦光和所述荧光激发光，在待测样品上形成聚焦光斑，并产生热波荧光信号；其中，所述热波荧光信号包括左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号；所述信号检测模块分别获取所述左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号的信号值，并计算手性信息；本发明，能够采用热波荧光成像检测，对吸收缺陷的检测具有更高的成像灵敏度，可以对吸收性污染缺陷检测。
Description
技术领域
本发明涉及光学精密测量技术领域，更具体的说是涉及一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置。
背景技术
高性能光学元件及光学材料在精密仪器制造和重大光学工程研究中有着广泛的应用，是光学***性能的根基，因此对光学元件及光学材料在表面和亚表面中的机械结构、化学成分以及晶格结构缺陷高分辨率精密检测起着重要的作用。其中，光学元件缺陷的手性结构会严重影响入射光束的光场分布情况，降低光斑质量。
暗场共焦显微测量技术具有良好的光学层析能力、较高的成像分辨率以及暗背景带来的较高成像对比度等优势，已成为光学元件无损三维检测的重要手段。普通光学暗场共焦显微测量技术仅能实现样品的几何缺陷检测，如划痕、气泡等，但其无法获取缺陷的其他物理化学性质。为了更为全面地表征光学元件及材料的缺陷特性，以更准确地实现缺陷识别及分类，集成多种模态的显微测量方式有待开发，并有望被更多地应用在了缺陷测量领域。
因此，如何提供一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，能够采用热波荧光成像检测，对吸收缺陷的检测具有更高的成像灵敏度，可以对吸收性污染缺陷检测；能够对左右圆偏光热波荧光信号进行分离，并进行圆二向色性分析实现了对吸收性缺陷的手性检测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，包括热波泵浦光产生模块、线振探测光产生模块、照明模块和信号检测模块；
所述热波泵浦光产生模块和所述线振探测光产生模块分别产生热波泵浦光和荧光激发光；
所述照明模块用于接收所述热波泵浦光和所述荧光激发光，在待测样品上形成聚焦光斑，并产生热波荧光信号；其中，所述热波荧光信号包括左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号；
所述信号检测模块分别获取所述左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号的信号值，并计算手性信息。
进一步的，所述热波泵浦光产生模块包括第一激光器、斩波器和二向色镜；所述线振探测光产生模块包括第二激光器、第一孔径光阑和偏振片；
所述第一激光器发射出的所述热波泵浦光经所述斩波器进行频率调制后射入所述二向色镜一面；
所述第二激光器发出的所述荧光激发光通过所述第一孔径光阑进行孔径调制后射入所述二向色镜另一面；
所述二向色镜将所述热波泵浦光和所述荧光激发光合束后发射至所述照明模块。
进一步的，所述斩波器用于对所述热波泵浦光进行调制，所述调制频率的范围为10kHz至1MHz。
进一步的，所述偏振片用于将所述荧光激发光调整为45°线偏振光。
进一步的，所述照明模块包括根据光路依次摆放的第二孔径光阑、非偏振分束器、物镜和三维位移台；
所述荧光激发光与所述热波泵浦光经过所述非偏振分束器和所述物镜聚焦至所述三维位移台，在所述三维位移台上的待测样品上形成光斑，进行三维扫描；
所述第二孔径光阑用于调节所述光斑的外径大小；
经由所述待测样品反射后的光束通过所述非偏振分束器反射，进入所述信号检测模块。
进一步的，所述信号检测模块包括超结构表面、环形反射镜、第一探测组件、第二探测组件、双通道锁相放大器和数据处理终端；
所述超结构表面用于将所述左旋圆振光信号调制为实心光束，将所述右旋圆振光调制为环形光束；
所述实心光束从所述环形反射镜的中心通过后被所述第一探测组件探测；
所述环形光束经所述环境反射镜的镜面反射后被所述第二探测组件探测；
所述双通道锁相放大器与所述第一探测组件和所述第二探测组件分别连接，用于将所述第一探测组件的探测信号和所述第二探测组件的探测信号发送至所述数据处理终端；
所述数据处理终端，用于对所述第一探测组件的探测信号和所述第二探测组件的探测信号做差，得到手性信息。
进一步的，在所述超结构表面之前设置有滤光片，用于除去所述热波荧光信号之外的环境杂光，并将所述热波荧光信号发射至所述超结构表面。
进一步的，所述第一探测组件包括第一收集透镜、第一单模光纤和第一光电探测器；所述实心光束经所述环形反射镜透射后，由所述第一收集透镜进行聚焦，并经过所述第一单模光纤被所述第一光电探测器收集；
所述第二探测组件包括第二收集透镜、第二单模光纤和第二光电探测器；所述环形光束由所述第二收集透镜进行聚焦，并经过所述第二单模光纤被所述第二光电探测器收集。
进一步的，所述超结构表面分布TiO2纳米柱阵列，满足相位分布为其中，r为空间径向坐标，/>为角向坐标，i为虚数单位。
进一步的，所述双通道锁相放大器时间常数设置为2/f，在积分时间内至少包含两个探测周期，以保证锁相信号的准确性。同时，位移台移动样品，每个位置点停留时长大于等于2/f，每移动一个位置，记录一个锁相放大器输出，以此得到二维或三维热波图像。
本发明的有益效果：
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，能够采用热波荧光成像检测，对吸收缺陷的检测具有更高的成像灵敏度，可以对吸收性污染缺陷检测；能够对左右圆偏光热波荧光信号进行分离，并进行圆二向色性分析实现了对吸收性缺陷的手性检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置的结构示意图；
其中，1-第一激光器，2-斩波器，3-二向色镜，4-第二激光器，5-第一孔径光阑；6-偏振片，7-第二孔径光阑，8-非偏振分束器，9-物镜，10-待测样品；11-三维位移台，12-滤光片，13-超结构表面，14-环形反射镜，15-第一收集透镜，16-第一单模光纤，17-第一光电探测器，18-第二收集透镜，19-第二单模光纤，20-第二光电探测器，21-双通道锁相放大器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，包括热波泵浦光产生模块、线振探测光产生模块、照明模块和信号检测模块；
热波泵浦光产生模块和线振探测光产生模块分别产生热波泵浦光和荧光激发光；
照明模块用于接收热波泵浦光和荧光激发光，在待测样品10上形成聚焦光斑，并产生热波荧光信号；其中，热波荧光信号包括左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号；
信号检测模块分别获取左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号的信号值，并计算手性信息。
在另一实施例中，热波泵浦光产生模块包括第一机关器1、斩波器2和二向色镜3；线振探测光产生模块包括第二机关器4、第一孔径光阑5和偏振片6；
第一机关器1发射出的热波泵浦光经斩波器2进行频率调制后射入二向色镜3一面；
第二机关器4发出的荧光激发光通过第一孔径光阑5进行孔径调制后射入二向色镜3另一面；
二向色镜3将热波泵浦光和荧光激发光合束后发射至照明模块。
在另一实施例中，斩波器2用于对热波泵浦光进行调制，调制频率的范围为10kHz至1MHz。
在另一实施例中，偏振片6用于将荧光激发光调整为45°线偏振光。
在另一实施例中，照明模块包括根据光路依次摆放的第二孔径光阑7、非偏振分束器8、物镜9和三维位移台11；
荧光激发光与热波泵浦光经过非偏振分束器8和物镜9聚焦至三维位移台11，在三维位移台11上的待测样品10上形成光斑，进行三维扫描；其中，可通过三维位移台11实现三维扫描成像，单点停留时间大于或等于2/f；
第二孔径光阑7用于调节光斑的外径大小；
经由待测样品10反射后的光束通过非偏振分束器8反射，进入信号检测模块。
在另一实施例中，信号检测模块包括超结构表面13、环形反射镜14、第一探测组件、第二探测组件、双通道锁相放大器21和数据处理终端；
超结构表面13用于将左旋圆振光信号调制为实心光束，将右旋圆振光调制为环形光束；
实心光束从环形反射镜14的中心通过后被第一探测组件探测；
环形光束经环境反射镜的镜面反射后被第二探测组件探测；
双通道锁相放大器21与第一探测组件和第二探测组件分别连接，用于将第一探测组件的探测信号和第二探测组件的探测信号发送至数据处理终端；
数据处理终端，用于对第一探测组件的探测信号和第二探测组件的探测信号做差，得到手性信息。
在另一实施例中，在超结构表面13之前设置有滤光片12，用于除去热波荧光信号之外的环境杂光，并将热波荧光信号发射至超结构表面13。
在另一实施例中，第一探测组件包括第一收集透镜15、第一单模光钎16和第一光电探测器17；实心光束经环形反射镜14透射后，由第一收集透镜15进行聚焦，并经过第一单模光钎16被第一光电探测器17收集；
第二探测组件包括第二收集透镜18、第二单模光纤19和第二光电探测器20；环形光束由第二收集透镜18进行聚焦，并经过第二单模光纤19被第二光电探测器20收集。
在另一实施例中，超结构表面13分布TiO2纳米柱阵列，满足相位分布为其中，r为空间径向坐标，/>为角向坐标，i为虚数单位；可将左旋光保留为实心光，而将右旋光转换为环形光。
在另一实施例中，双通道锁相放大器21的探测频率为f，积分停留时间为2/f。
在另一实施例中，第一激光器1所发激光光束波长为405nm，第二激光器6所发激光光束波长为532nm。
本发明通过斩波器2对泵浦光进行强度调制产生热波信号，通过偏振片6将探测光调节为45°线偏振光，同时利用超结构表面13和环形反射镜14，提取手性光热荧光信号。使用第一探测组件和第二探测组件分别采集左旋圆偏振光与右旋圆偏振光激发的荧光热波信号，直接分析单一方向圆偏振探测光激发的的热波荧光信号，可提取亚表面吸收型污染性缺陷的三维分布信息；分析左右旋圆偏振探测光激发下的热波荧光信号差值，可获取微纳结构的手性信息，提高检测含有手性特征缺陷的准确性，同时通过热波本身对缺陷敏感的特性，提升缺陷检测灵敏度。
本发明的检测步骤如下：
S1：第一激光器1出射热波泵浦光光束经过斩波器2，斩波器2频率设置为f；
S2：荧光激发光由偏振片6调整为45°线偏振光；
S3：热波泵浦光与荧光激发光光由二向色镜3严格合束，输入后续光路，并由孔径光阑二7调节光斑外径使其与物镜9通光孔径匹配；
S4：热波泵浦光和荧光激发光经非偏振分束器8之后入射物镜9，在待测样品10上形成聚焦光斑，实现对待测样品10的照明，通过三维位移台11实现对样品的三维扫描；
S5：物镜收集的光束经非偏振分束器8反射后经过滤光片12滤除泵浦光和荧光激发光，保留热波荧光信号，由超构表面13将左旋圆偏振光信号调节为实心光束，之后经环形反射镜14透射后，由收第一集透镜15汇聚进第一单模光纤16；
S6：超构表面13将右旋圆偏振光信号调节为环形光束，之后经环形反射镜14反射后，由第二收集透镜18汇聚进第二单模光纤19；
S7：单模光纤一16与单模光纤二19输出信号分别由光电探测器一17和光电探测器二20收集，输出二者信号；
S8：第一光电探测器17和第二光电探测器20输出信号接入双通道锁相放大器21，双通道锁相放大器21探测频率设置为f，即可得到左旋探测光激发的热波荧光信号与右旋探测光激发的热波荧光信号；
S9：将双通道锁相放大器21获得的左旋探测光激发的热波荧光信号与右旋探测光激发的热波荧光信号做差即可得到待测样品的手性信息。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，包括热波泵浦光产生模块、线振探测光产生模块、照明模块和信号检测模块；
所述热波泵浦光产生模块和所述线振探测光产生模块分别产生热波泵浦光和荧光激发光；
所述照明模块用于接收所述热波泵浦光和所述荧光激发光，在待测样品上形成聚焦光斑，并产生热波荧光信号；其中，所述热波荧光信号包括左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号；
所述信号检测模块分别获取所述左旋圆偏振光信号和右旋圆偏振光信号的信号值，并计算手性信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述热波泵浦光产生模块包括第一激光器、斩波器和二向色镜；所述线振探测光产生模块包括第二激光器、第一孔径光阑和偏振片；
所述第一激光器发射出的所述热波泵浦光经所述斩波器进行频率调制后射入所述二向色镜一面；
所述第二激光器发出的所述荧光激发光通过所述第一孔径光阑进行孔径调制后射入所述二向色镜另一面；
所述二向色镜将所述热波泵浦光和所述荧光激发光合束后发射至所述照明模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述斩波器用于对所述热波泵浦光进行调制，所述调制频率的范围为10kHz至1MHz。
4.根据权利要求2所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述偏振片用于将所述荧光激发光调整为45°线偏振光。
5.根据权利要求2所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述照明模块包括根据光路依次摆放的第二孔径光阑、非偏振分束器、物镜和三维位移台；
所述荧光激发光与所述热波泵浦光经过所述非偏振分束器和所述物镜聚焦至所述三维位移台，在所述三维位移台上的待测样品上形成光斑，进行三维扫描；
所述第二孔径光阑用于调节所述光斑的外径大小；
经由所述待测样品反射后的光束通过所述非偏振分束器反射，进入所述信号检测模块。
6.根据权利要求1或5所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述信号检测模块包括超结构表面、环形反射镜、第一探测组件、第二探测组件、双通道锁相放大器和数据处理终端；
所述超结构表面用于将所述左旋圆振光信号调制为实心光束，将所述右旋圆振光调制为环形光束；
所述实心光束从所述环形反射镜的中心通过后被所述第一探测组件探测；
所述环形光束经所述环境反射镜的镜面反射后被所述第二探测组件探测；
所述双通道锁相放大器与所述第一探测组件和所述第二探测组件分别连接，用于将所述第一探测组件的探测信号和所述第二探测组件的探测信号发送至所述数据处理终端；
所述数据处理终端，用于对所述第一探测组件的探测信号和所述第二探测组件的探测信号做差，得到手性信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，在所述超结构表面之前设置有滤光片，用于除去所述热波荧光信号之外的环境杂光，并将所述热波荧光信号发射至所述超结构表面。
8.根据权利要求6所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，
所述第一探测组件包括第一收集透镜、第一单模光纤和第一光电探测器；所述实心光束经所述环形反射镜透射后，由所述第一收集透镜进行聚焦，并经过所述第一单模光纤被所述第一光电探测器收集；
所述第二探测组件包括第二收集透镜、第二单模光纤和第二光电探测器；所述环形光束由所述第二收集透镜进行聚焦，并经过所述第二单模光纤被所述第二光电探测器收集。
9.根据权利要求6所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述超结构表面分布TiO2纳米柱阵列，阵列满足相位分布为
其中，r为空间径向坐标，为角向坐标，i为虚数单位。
10.根据权利要求5所述的一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置，其特征在于，所述双通道锁相放大器时间常数设置为2/f，在积分时间内至少包含两个探测周期，所述三维位移台移动样品，每个位置点停留时长大于等于2/f，每移动一个位置，记录一个锁相放大器输出，以此得到二维或三维热波图像。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310248941.6A CN116465867A (zh) | 2023-03-15 | 2023-03-15 | 一种基于超结构表面的热波暗场荧光共焦显微测量装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN (1) | CN116465867A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117129426A (zh) * | 2023-08-08 | 2023-11-28 | 华东师范大学 | 一种超快时间分辨圆偏振发射光谱仪 |
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2023
- 2023-03-15 CN CN202310248941.6A patent/CN116465867A/zh active Pending
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