TW201839360A - 光強分佈的測量方法 - Google Patents
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Abstract
本發明涉及一種光強分佈的測量方法，包括以下步驟：提供一光強分佈的檢測系統，將所述光強分佈的檢測系統設置在真空環境中，所述光強分佈的檢測系統包括一奈米碳管陣列、一反射鏡、一成像元件和一冷卻裝置，該奈米碳管陣列設置於一生長基底；啟動所述冷卻裝置冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫；用一待測光源照射所述奈米碳管陣列，使該奈米碳管陣列輻射出可見光，並持續冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫；所述奈米碳管陣列所輻射的可見光經所述反射鏡反射；利用所述成像元件對所述反射鏡所反射的可見光成像，讀出待測光源的光強分佈。
Description
本發明涉及一種光強分佈的測量方法，尤其涉及一種基於奈米碳管陣列的光強分佈的測量方法。
光源所發出的光在哪個方向（角度）上傳播以及強度大小統稱為“光強分佈”。
光強分佈的測量方法基本分為兩種：一種是把感測器放在距樣品一定距離的地方，所述感測器在樣品周圍同心分佈的若干點移動並進行測量，即可測量光強的分佈；另一種是把測量裝置放在距樣品不同的距離處測量光強的分佈，所述測量裝置由一個CCD感測器和一個具有類似魚眼鏡頭的超廣角棱鏡的光學系統組成。
目前，檢測光強分佈的感測器主要分為兩大類：光子感測器（製冷型）和熱感測器（非製冷型）。光子傳感器具有靈敏度高、回應速度快的優點，然而，光子感測器需要液氮製冷、成本較高、且可探測的光波波段較窄。熱感測器成本較低、可探測的光波波段較寬、且可在室溫下操作，但是，熱感測器存在靈敏度較低、解析度低的缺點。
有鑑於此，確有必要提供一種光強分佈的測量方法，該測量方法具有較高的靈敏度和解析度，且可以檢測較寬的光波波段。
一種光強分佈的測量方法，包括以下步驟：提供一光強分佈的檢測系統，將所述光強分佈的檢測系統設置在真空環境中，所述光強分佈的檢測系統包括一奈米碳管陣列、一反射鏡、一成像元件和一冷卻裝置，該奈米碳管陣列設置於一生長基底；啟動所述冷卻裝置冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫；用一待測光源照射所述奈米碳管陣列，使該奈米碳管陣列輻射出可見光，並持續冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫；所述奈米碳管陣列所輻射的可見光經所述反射鏡反射；利用所述成像元件對所述反射鏡所反射的可見光成像，讀出待測光源的光強分佈。
相較於先前技術，本發明提供的光強分佈的測量方法中，奈米碳管陣列作為光強分佈的感測元件，由於奈米碳管是一種優異的熱敏性和光敏性材料，且其對光，尤其是紅外光具有很寬的波長回應範圍和很高的吸收率，因此，本發明提供的光強分佈的測量方法具有很高的靈敏度，且可檢測的光波波長範圍很廣。其次，通過所述冷卻裝置冷卻所述生長基底，在此過程中冷卻裝置吸收了並帶走所述生長基體的熱量，可減少熱量在生長基底中的橫向擴散及軸向擴散，進而使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫，熱量幾乎只沿著奈米碳管的軸向傳導輻射可見光到反射鏡。因此，利用本發明提供的方法測量光強分佈具有很高的解析度和準確度，至少能夠分辨10微米的細節。
下面將結合附圖及具體實施例對本發明提供的光強分佈的檢測系統作進一步的詳細說明。
請參見圖1，本發明實施例提供一種光強分佈的檢測系統100，包括：一設置於生長基底表面的奈米碳管陣列10、一冷卻裝置20、一反射鏡30和一成像元件40。所述冷卻裝置20設置于成像元件40與生長基底14之間，所述冷卻裝置用於冷卻所述生長基底14使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫；所述反射鏡30與奈米碳管陣列10間隔設置，且所述奈米碳管陣列10設置於反射鏡30與生長基底14之間；所述成像元件40與所述冷卻裝置20間隔設置。
所述奈米碳管陣列10優選為超順排奈米碳管陣列，該奈米碳管陣列10的製備方法，包括以下步驟：（a）提供一平整生長基底14，該生長基底14可選用P型或N型矽生長基底14，或選用形成有氧化層的矽生長基底14；（b）在生長基底14表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）或其任意組合的合金之一；（c）將上述形成有催化劑層的生長基底14在700~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；（d）將處理過的生長基底14置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500~740℃，然後通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到奈米碳管陣列10。
所述奈米碳管陣列10包括多個彼此平行的奈米碳管12，該奈米碳管12包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或幾種。該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。所述奈米碳管12的長度大於等於100奈米，優選為100奈米~10毫米，例如100微米、500微米、1000微米、5毫米。本實施例中，生長基底14為一圓形矽基底，所矽基底的半徑為7.5毫米。
所述奈米碳管陣列10中，奈米碳管12與生長基底14表面之間所形成的角度大於等於10度且小於等於90度，優選地，奈米碳管12與生長基底14的表面之間所形成的角度大於等於60度且小於等於90度。本實施例中，所述奈米碳管陣列10為多個彼此平行且垂直於生長基底14生長的奈米碳管12形成的純奈米碳管陣列10，請參見圖3。所述奈米碳管陣列10中，相鄰奈米碳管12之間具有間隙，該間隙為0.1奈米~0.5奈米。所述奈米碳管12具有相對的第一端122和第二端124，第一端122遠離所述生長基底14，第二端124與所述生長基底14接觸。通過上述控制生長條件，該超順排奈米碳管陣列10中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。本實施例中碳源氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物，保護氣體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。可以理解的是，本實施例提供的奈米碳管陣列10不限於上述製備方法。
所述奈米碳管陣列10具有一遠離生長基底14的第一表面102以及一與該第一表面102相對設置且與所述生長基底14接觸的第二表面104。所述多個奈米碳管12的第一端122組成奈米碳管陣列10的第一表面102，多個奈米碳管12的第二端124組成奈米碳管陣列10的第二表面104。所述奈米碳管12從奈米碳管陣列10的第一表面102向第二表面104延伸。
當一待測光源照射所述奈米碳管陣列時，奈米碳管12的軸向導熱性好，橫向導熱性差，奈米碳管陣列10按照黑體輻射的特性向外輻射可見光。此時，奈米碳管陣列10的第一表面102和第二表面104具有較多的輻射，而奈米碳管陣列10的側面具有極少的輻射可忽略不計。所述側面指奈米碳管陣列10平行于奈米碳管12軸向的一面，即奈米碳管陣列10中垂直於第一表面102和第二表面104的一面。由於所述生長基底14為矽，其對可見光不透明，而奈米碳管陣列10的第二表面104與生長基底14相接觸，所以奈米碳管陣列10的第二表面104向外輻射的可見光被生長基底14擋住，進而可見光從所述奈米碳管陣列10的第一表面102向外輻射。因此，在所述奈米碳管陣列10的第一表面102處間隔設置一反射鏡30可將可見光反射至成像元件40。
所述待測光源所發出的光可以為紅外光、可見光等各種光。本實施例選用二氧化碳雷射器。所述雷射器的功率為2W~20W，半徑為1.5mm~2.5mm，波長為9.6微米~11微米。本實施例中，二氧化碳雷射器的波長為10.6微米，功率為10 W。
所述冷卻裝置20用於冷卻所述生長基底14，使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。所述冷卻裝置20設置在所述生長基底14與所述成像元件40之間，並與所述成像元件40間隔設置。只要能夠達到冷卻所述生長基底14並使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫效果即可，所述冷卻裝置20可以與所述生長基底14間隔設置，也可與所述生長基底14接觸設置。優選地，所述冷卻裝置20與遠離所述奈米碳管陣列10的所述生長基底14的表面接觸設置，此時，所述冷卻裝置20可快速降低所述生長基底14的溫度並快速實現所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫的效果。所述冷卻裝置20可通過導熱膠粘附在遠離所述奈米碳管陣列10的所述生長基底14的表面。
所述冷卻裝置20可為盛放有冷卻介質的裝置，也可為一數位溫度控制裝置。具體地，當所述冷卻裝置20為一盛放有冷卻介質的裝置時，所述盛放有冷卻介質的裝置具有一腔體、一注入口及一輸出口。所述腔體用於盛放冷卻介質。所述注入口和所述輸出口設置在所述腔體在奈米碳管12軸向方向上的側壁上。具體地，所述注入口和所述輸出口可以設置在所述腔體的同一側壁上，也可設置在所述腔體的相對的兩個側壁上。所述冷卻介質可為冷卻液或冷卻氣體。所述冷卻介質可從所述注入口流進所述冷卻裝置20從所述輸出口流出所述冷卻裝置20，以保持恒定的低溫，持續冷卻所述生長基底14。所述數位溫度控制裝置可為一片狀結構，可直接貼附在所述生長基底14遠離所述奈米碳管陣列10的表面。採用所述數位溫度控制裝置可精確的控制冷卻所述生長基底14的所需溫度，有利於實現所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。本實施例中，所述冷卻裝置20為盛放有冷卻介質的裝置，所述冷卻介質為冷卻水。
進一步地，可在所述生長基底14上設置多個溫度感測器15。該多個溫度感測器15設置在所述生長基底14在奈米碳管12軸向方向上的側壁上，或者設置在所述冷卻裝置20與所述生長基底14之間，用於即時感測所述生長基底14不同位置的溫度。參見圖4，優選地，該多個溫度感測器15設置所述冷卻裝置20與所述生長基底14之間，此時，所述冷卻裝置20包括多個冷卻單元21，優選地，該多個冷卻單元21與多個溫度感測器15一一對應，用於調控所述生長基底14局部位置的溫度。當然，冷卻單元21與溫度感測器15不一一對應也可以，另外，冷卻單元21及溫度感測器15的數量越多越好。當溫度感測器15檢測到所述生長基底14的某個位置或某些位置的溫度發生變化時，可通過調控與溫度感測器15對應的冷卻單元21內的冷卻介質的溫度使所述生長基底14的溫度維持一個平穩的狀態，進而使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。所述生長基底14的溫度維持一個平穩的狀態是指所述生長基底14的溫度基本保持在一個很小的溫度波動範圍內。
另外，根據不同鐳射功率可採用不同的冷卻溫度使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。本實施例中，採用功率為10W的鐳射時，所述冷卻裝置20的冷卻溫度為-20~0攝氏度。
為避免所述冷卻裝置20影響光線的反射，在待測光源光線照射方向上，所述冷卻裝置20的橫截面積小於等於所述生長基底14的橫截面積。優選地，在待測光源光線照射方向上，所述冷卻裝置20的橫截面積與所述生長基底14的橫截面積相同以快速控制及降低所述生長基底14的溫度。
當待測光源照射所述生長基底14及所述奈米碳管陣列10時，所述生長基底14會一定程度上吸收待測光源的熱量並橫向傳熱，影響光強的分佈。請參見圖5及圖6，可見通過所述冷卻裝置20冷卻所述生長基底14，在此過程中冷卻裝置20吸收了並帶走所述生長基體14的熱量，可減少熱量在生長基底14中的橫向擴散及軸向擴散，進而使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫，可使熱量幾乎只沿著所述奈米碳管12的軸向傳導輻射可見光到反射鏡，有利於提高光強分佈的精確性。
所述反射鏡30與所述奈米碳管陣列10之間的距離不限，可以理解，所述奈米碳管陣列10優選地設置於所述反射鏡30的焦點處，即，使反所述射鏡30的焦點落在所述奈米碳管陣列10的第一表面102的中心位置。
為了獲取更多的光能，保證測量的靈敏度，所述反射鏡30的曲率半徑不能很大，所述反射鏡30的曲率半徑可為10毫米至100毫米，同時所述奈米碳管陣列10儘量靠近反射鏡30，以獲得較大的物方孔徑角。本實施例中，所述反射鏡30的曲率半徑優選為88毫米，物方孔徑角大於等於22.5度，數值孔徑大於0.38。為了使待測光源所發出的光更容易照射到所述奈米碳管陣列10的第一表面102，所述奈米碳管陣列10到所述反射鏡30之間的距離在不影響整個系統像差的前提下應小於80毫米。
所述成像元件40的位置不限，只要可以接收到反射鏡30反射過來的可見光即可。優選地，所述成像元件40與所述反射鏡30分別間隔設置於所述奈米碳管陣列10的兩側，且所述奈米碳管陣列10設置於所述生長基底14與所述反射鏡30之間，所述生長基底14設置於所述冷卻裝置20與所述奈米碳管陣列10之間，所述冷卻裝置20設置於所述生長基底14與所述成像元件40之間。所述成像元件40的大小與所述反射鏡30的曲率半徑等有關。本實施例中，所述成像元件40到所述奈米碳管陣列10的距離優選為小於80毫米，所述成像元件40的大小為1/3英寸，所以像高為3.8毫米。本實施例測量光強分佈的方法至少能夠分辨10微米的細節，場區小於0.01毫米，像面彌散斑直徑小於0.01毫米，0.7視場畸變小於等於1%，對每毫米50線對的光學傳遞函數大於0.8。
所述成像元件40對所述奈米碳管陣列10所輻射的可見光成像，直接讀出所述奈米碳管陣列10所發出的光束16的光強分佈，或利用電腦等工具讀出所述奈米碳管陣列10所發出的光束16的光強分佈。所述成像元件40的種類不限，只要可以對所述奈米碳管陣列10輻射出的可見光成像即可，例如CCD（電荷耦合元件）、CMOS（互補型金屬氧化物）等。本實施例中，所述成像元件40為CCD。所述CCD的像元不限，優選地，CCD的像元達到10微米以下。
請參見圖7，本發明實施例進一步提供一種光強分佈的測量方法，包括以下步驟： 步驟一、提供一如前所述光強分佈的檢測系統100，將所述光強分佈的檢測系統100設置在真空環境中； 步驟二、啟動所述冷卻裝置20冷卻所述生長基底14使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫； 步驟三、用所述待測光源照射所述奈米碳管陣列10的第一表面102，使該奈米碳管陣列10輻射出可見光，並持續冷卻所述生長基底14使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫； 步驟四、所述奈米碳管陣列10所輻射的可見光經所述反射鏡30反射； 步驟五、利用所述成像元件40對所述反射鏡30所反射的可見光成像，讀出待測光源的光強分佈。
在步驟一中，所述奈米碳管陣列10包括多個奈米碳管12。所述多個奈米碳管12的第一端122組成奈米碳管陣列10的第一表面102，多個奈米碳管12的第二端124組成奈米碳管陣列10的第二表面104。所述奈米碳管12從奈米碳管陣列10的第一表面102向第二表面104延伸。
所述生長基底14為矽基底。所述冷卻裝置20用於冷卻所述生長基底14，使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。所述冷卻裝置20設置在所述生長基底14與所述成像元件40之間，並與所述成像元件40間隔設置。只要能夠冷卻所述生長基底14並使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫的效果即可，所述冷卻裝置20可與所述生長基底14間隔設置，也可與所述生長基底14接觸設置。優選地，所述冷卻裝置20與遠離所述奈米碳管陣列10的所述生長基底14的表面接觸設置，此時，所述冷卻裝置20可快速降低所述生長基體14的溫度並快速實現所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫的效果。所述冷卻裝置20可通過導熱膠粘附在遠離所述奈米碳管陣列10的所述生長基底14的表面上。
為避免所述冷卻裝置20影響光線的反射，在待測光源光線照射方向上，所述冷卻裝置20的橫截面積小於等於所述生長基底14的橫截面積。優選地，在待測光源光線照射方向上，所述冷卻裝置20的橫截面積與所述生長基底14的橫截面積相同以快速控制及降低所述生長基底14的溫度。
在步驟二中，採用所述冷卻裝置20冷卻所述生長基底14，使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。具體地，當所述冷卻裝置20為盛放有冷卻介質的裝置時，通過所述冷卻裝置20的注入口將所述冷卻介質注入到所述腔體，在壓力作用下使其從所述輸出口流出，使所述腔體裡的所述冷卻介質不斷循環，保持所述冷卻裝置20具有恒定的低溫，持續冷卻所述生長基底14。當所述冷卻裝置20為數位溫度控制裝置時，可通過控制器（例如，電腦）精確調控數位溫度控制裝置的溫度來冷卻所述生長基底14，實現所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。
進一步地，在該步驟二中，可在所述生長基底14上設置多個溫度感測器15。該多個溫度感測器15設置在所述生長基底14在奈米碳管12軸向方向上的側壁上，或者設置在所述冷卻裝置20與所述生長基底14之間，用於即時感測所述生長基底14不同位置的溫度。優選地，該多個溫度感測器15設置所述冷卻裝置20與所述生長基底14之間，此時，所述冷卻裝置20包括多個冷卻單元21，優選地，該多個冷卻單元21與多個溫度感測器15一一對應，用於調控所述生長基底14局部位置的溫度。當然，冷卻單元21與溫度感測器15不一一對應也可以，另外，冷卻單元21及溫度感測器15的數量越多越好。當溫度感測器15檢測到所述生長基底14的某個位置或某些位置的溫度發生變化時，可通過調控與溫度感測器15對應的冷卻單元21內的冷卻介質的溫度使所述生長基底14的溫度維持一個平穩的狀態，進而使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫。所述生長基底14的溫度維持一個平穩的狀態是指所述生長基底14的溫度基本保持在一個很小溫度波動範圍內。該波動範圍非常小可認為所述生長基底14的表面維持恒溫。
在步驟三中，所述待測光源靠近所述奈米碳管陣列10中奈米碳管12的第一端122設置，遠離奈米碳管12的第二端124。
所述待測光源所發出的光可以為紅外光等各種光。本實施例選用二氧化碳雷射器發射的鐳射。
所述待測光源發出的光束16可以任意角度照射所述奈米碳管陣列10的第一表面102。所述角度是指所述待測光源發出的光束16與所述奈米碳管陣列10的第一表面102之間所形成的夾角。優選地，所述待測光源沿著平行于奈米碳管12軸向的方向照射所述奈米碳管陣列10的第一表面102。
奈米碳管陣列10可近似為黑體，具有黑體的吸收和輻射特性。當待測光源所發出的光束16照射到奈米碳管陣列10的第一表面102時，光能轉換為熱能並被奈米碳管陣列10的第一表面102吸收，在奈米碳管陣列10的第一表面102形成與待測光源光強成正比的溫度場分佈。由於奈米碳管12的軸向導熱性好，橫向導熱性差，導熱的各向異性非常顯著，熱量在奈米碳管12與奈米碳管12之間橫向擴散極少可忽略不計，該熱量可以沿著奈米碳管12軸向的方向從每一奈米碳管12的第一端122向第二端124傳遞，由於每一個奈米碳管12本身具有相等、均一的熱量，在整個奈米碳管陣列10中形成與待測光源光強成正比的溫度場分佈，同時按黑體輻射的特性向外輻射可見光。同時，當所述待測光源所發出的光束16照射所述生長基底14及奈米碳管陣列10時，生長基底14會一定程度上吸收待測光源的熱量並橫向傳熱，影響的光強分佈。通過持續冷卻所述生長基底14使所述生長基底14與所述奈米碳管陣列10的接觸表面維持恒溫，可大大減少熱量在所述生長基底14中的橫向擴散和軸向擴散，可使熱量幾乎只沿著所述奈米碳管12的軸向傳導輻射可見光到反射鏡，有利於提高光強分佈的精確性。
具體地，當待測光源所發出的光束16照射到奈米碳管陣列10的第一表面102時，光束16會分佈在該第一表面102，光能轉換為熱能並被奈米碳管陣列10的第一表面102吸收。例如，光束16分佈中光的強度大的地方對應奈米碳管12A，該奈米碳管12A的第一端122所吸收的熱量大，通過奈米碳管12A軸向導熱，該奈米碳管12A本身具有相等、均一的熱量，且該熱量大。光束16分佈中光的強度小的地方對應奈米碳管12B，該奈米碳管12B的第一端122所吸收的熱量小，通過奈米碳管12B軸向導熱，該奈米碳管12B本身具有相等、均一的熱量，且該熱量小。如此，在整個奈米碳管陣列10中形成與待測光源光強成正比的溫度場分佈。同時，奈米碳管陣列10按黑體輻射的特性向外輻射可見光。那麼，奈米碳管12A輻射的可見光的強度大，奈米碳管12B輻射的可見光的強度小，即奈米碳管陣列10中每一奈米碳管12所輻射的可見光的強度不相等。
因此，奈米碳管陣列10中每一奈米碳管12所輻射的可見光的強度的大小與待測光源所發出的光束16的光強分佈有關，奈米碳管12所輻射的可見光的強度大，則待測光源照射該奈米碳管12的第一端122處的光強大；奈米碳管12所輻射的可見光的強度小，則待測光源照射該奈米碳管12的第一端122處的光強小。
由於所述生長基底14為矽，其對可見光不透光，而奈米碳管陣列10的第二表面104與生長基底14相接觸，所以奈米碳管陣列10的第二表面104向外輻射的可見光被生長基底14擋住，進而可見光從所述奈米碳管陣列10的第一表面102向外輻射。
在步驟四中，奈米碳管陣列10輻射出可見光，該可見光到達反射鏡30後，被該反射鏡30反射至所述成像元件40。
所述反射鏡30與奈米碳管陣列10之間的距離不限，可以理解，奈米碳管陣列10優選地設置於所述反射鏡30的焦點處，即，使反射鏡30的焦點落在所述奈米碳管陣列10的第一表面102的中心位置。
為了獲取更多的光能，保證測量的靈敏度，所述反射鏡30的曲率半徑不能很大，反射鏡30的曲率半徑為10毫米至100毫米，同時奈米碳管陣列10儘量靠近反射鏡30，以獲得較大的物方孔徑角。本實施例中，所述反射鏡30的曲率半徑優選為88毫米，物方孔徑角大於等於22.5度，數值孔徑大於0.38。為了使待測光源所發出的光更容易照射到奈米碳管陣列10的第一表面102，奈米碳管陣列10到反射鏡30之間的距離在不影響整個系統像差的前提下應小於80毫米。
在步驟五中，所述成像元件40對反射鏡30所反射的可見光成像，直接讀出奈米碳管陣列10所發出的光束16的光強分佈，或利用電腦等工具讀出奈米碳管陣列10所發出的光束16的光強分佈。
所述成像元件40的位置不限，只要可以接收到反射鏡30反射過來的可見光即可。優選地，所述成像元件40與所述反射鏡30分別間隔設置於所述奈米碳管陣列10的兩側，且所述奈米碳管陣列10設置於所述生長基底14與所述反射鏡30之間，所述生長基底14設置於所述冷卻裝置20與所述奈米碳管陣列10之間，所述冷卻裝置設置於所述生長基底14與所述成像元件40之間。所述成像元件40的大小與所述反射鏡30的曲率半徑等有關。本實施例中，所述成像元件40到所述奈米碳管陣列10的距離優選為小於80毫米，所述成像元件40的大小為1/3英寸，所以像高為3.8毫米。本實施例測量光強分佈的方法至少能夠分辨10微米的細節，場區小於0.01毫米，像面彌散斑直徑小於0.01毫米。
所述成像元件40的種類不限，只要可以對所述奈米碳管陣列10輻射出的可將光成像即可，例如CCD（電荷耦合元件）、CMOS（互補型金屬氧化物）等。本實施例中，所述成像元件40為CCD。所述CCD的像元不限，優選地，CCD的像元達到10微米以下。
本發明提供的光強分佈的檢測系統和測量方法具有以下優點：（1）利用奈米碳管陣列作為光強分佈的感測元件，由於奈米碳管是一種優異的熱敏性和光敏性材料，且其對光，尤其是紅外光具有很寬的波長回應範圍和很高的吸收率，因此，本發明提供的檢測系統和檢測方法具有很高的靈敏度，且可測量的光波波長範圍很廣。（2）通過所述冷卻裝置冷卻所述生長基底，在此過程中冷卻裝置吸收了並帶走所述生長基體14的熱量，可減少熱量在生長基底中的橫向擴散及軸向擴散，進而使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫，熱量幾乎只沿著奈米碳管的軸向傳導輻射可見光到反射鏡，因此，本發明提供的光強分佈的檢測系統具有很高的解析度和準確度，至少能夠分辨10微米的細節。（3）該光強分佈的檢測系統結構簡單，成本較低。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧奈米碳管陣列
102‧‧‧第一表面
104‧‧‧第二表面
12，12A，12B‧‧‧奈米碳管
122‧‧‧第一端
124‧‧‧第二端
14‧‧‧生長基底
15‧‧‧溫度感測器
16‧‧‧光束
20‧‧‧冷卻裝置
21‧‧‧冷卻單元
30‧‧‧反射鏡
40‧‧‧成像元件
100‧‧‧檢測系統
圖1為本發明實施例提供的光強分佈的檢測系統的結構示意圖。
圖2為本發明實施例提供的利用所述檢測系統檢測光強分佈的光路示意圖。
圖3為本發明實施例提供的光強分佈的檢測系統中所採用的奈米碳管陣列的掃描電鏡照片。
圖4為本發明實施例提供的強分佈的檢測系統中溫度感測器與冷卻裝置的結構示意圖。
圖5為本發明實施例提供未通過冷卻裝置冷卻的生長基底的等溫線模擬圖。
圖6為本發明實施例提供的通過冷卻裝置冷卻後的生長基底的等溫線模擬圖。
圖7為本發明實施例提供的光強分佈的測量方法的流程圖。
無
Claims (10)
- 一種光強分佈的測量方法，包括以下步驟： S1, 提供一光強分佈的檢測系統，將所述光強分佈的檢測系統設置在真空環境中，所述光強分佈的檢測系統包括一奈米碳管陣列、一反射鏡、一成像元件和一冷卻裝置，該奈米碳管陣列設置於一生長基底； S2, 啟動所述冷卻裝置冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫； S3, 用一待測光源照射所述奈米碳管陣列，使該奈米碳管陣列輻射出可見光，並持續冷卻所述生長基底使所述生長基底與所述奈米碳管陣列的接觸表面維持恒溫； S4, 所述奈米碳管陣列所輻射的可見光經所述反射鏡反射； S5, 利用所述成像元件對所述反射鏡所反射的可見光成像，讀出待測光源的光強分佈。
- 如權請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述冷卻裝置設置在所述生長基底與所述成像元件之間，且所述冷卻裝置與遠離所述奈米碳管陣列的所述生長基底的表面接觸設置。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述冷卻裝置為盛放有冷卻介質的裝置時，通過所述冷卻裝置的注入口將所述冷卻介質注入到所述腔體，在壓力作用下使其從所述冷卻裝置的輸出口流出，使所述冷卻裝置裡的所述冷卻介質不斷迴圈持續冷卻所述生長基底。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述冷卻裝置為數位溫度控制裝置時，通過控制器精確調控所述數位溫度控制裝置的溫度冷卻所述生長基底。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述光強分佈的檢測系統進一步包括多個溫度感測器，該多個溫度感測器設置在所述冷卻裝置與所述生長基底之間，所述冷卻裝置裝置包括多個冷卻單元，通過多個溫度感測器該檢測所述生長基底局部位置的溫度變化，通過該多個冷卻單元調控所述生長基底局部位置的溫度。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述奈米碳管陣列具有一遠離所述生長基底的第一表面以及一與該第一表面相對設置且與所述生長基底接觸的第二表面，所述待測光源照射所述奈米碳管陣列的第一表面，該奈米碳管陣列輻射出可見光。
- 如請求項第6項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述待測光源沿著平行於所述奈米碳管陣列中奈米碳管軸向的方向照射所述奈米碳管陣列的第一表面。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，在所述待測光源光照射方向上，所述冷卻裝置的橫截面積與所述生長基底的橫截面積相同。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述反射鏡的焦點落在奈米碳管陣列的第一表面的中心位置。
- 如請求項第1項所述之光強分佈的測量方法，其中，所述奈米碳管陣列中奈米碳管與基底的表面之間的角度為大於等於10度且小於等於90度。
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