多功能顯微共焦光譜儀制造技術

本實用新型專利技術公開了一種多功能顯微共焦光譜儀，包括激光器模塊、光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊、顯微模塊和信號檢測模塊；其中，該光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊二者共用同一基座，激光器模塊固定在該基座后側面，顯微模塊固定在該基座前側面，信號檢測模塊固定在該基座的右側面。本實用新型專利技術可以實現樣品以及相應激光斑點的顯微觀測，能夠方便地進行樣品拉曼信號和光致發光信號的顯微共焦測試，具有結構簡單、穩定性好、調節方便和便于擴展的優點。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及顯微光譜儀
，具體涉及具有低成本優勢且便于擴展的一種多功能顯微共焦光譜儀。
技術介紹
現有的顯微共焦光譜儀集成了激光器、顯微鏡、共焦針孔、光柵和探測器，如圖1所示。在這些商業化的顯微共焦光譜儀中，光柵和探測器已與顯微共焦光路集成在一起而無法分離，使得功能不便擴展。并且，整套系統的集成使得光譜儀的使用成本非常高，例如市場上普通型的商業化顯微共焦光譜儀的價格非常昂貴。此外，對于顯微共焦光譜儀而言，如何使得激光斑點與共焦孔在樣品上的像點一致，是能夠測到光譜和提高光譜儀信噪比的關鍵。同時，顯微物鏡的光學通孔非常小，如何使得激光能準直地入射到樣品也是非常重要的問題。隨著光譜儀系統集成度越來越高，光譜儀的自動化程度也逐漸提高，以至于不同激光器的切換，光學濾光片的選取，探測器出口的配置等都完全自動化。自動化的提高使得使用者操作非常方便，但關鍵光學元件的全自動化對儀器在長時間工作狀態下的穩定性提出了很高要求。這就要求所有光學元件都必須由計算機來控制，而一旦某光學元件性能出現問題或被損壞，更換此光學元件并準直光譜儀的光路將非常麻煩。在測試過程中，因為各種科學實驗的需要，人們不可避免地希望給顯微共焦光譜儀添加激光器，包括紫外和近紅外的激光器，這就需要往光路里添加更多的光學元件或更換與新添加激光波長對應的光學濾光片和其它光學元件，但全自動光譜儀的很多光學元件都是固定的，在更換或添加光學元件將非常不方便。另外，在測試過程中，還可能需要更換不同倍數和工作距離的顯微物鏡。更換或者添加顯微共焦光譜儀的任何元件，原則上都必須重新對光路進行準直，但是，在此情況下，全自動光譜儀都很難 對激光和信號光路進行共焦準直調節。現有的顯微共焦光譜儀普遍缺乏兩個以上(含兩個)的探測器出口，使得在測試不同測試范圍的光譜信號時，不得不需要兩臺以上的光譜儀。因此，作為一個多功能的顯微共焦譜儀來說，更換很多光學元件情況下如何實現快速光路準直，是全自動譜儀很難實現的。另外，對于要實現任意為顯微共焦光譜儀添加額外激光線，并在配置相應的光學元件和光學濾光片的情況下，還要實現激光入射光路和信號光路的快速準直，并快速選擇三個甚至四個以上的探測器出口并進行準直這些目的來說，設計和技術結構穩定的、光路設計合理的、手動準直方便的顯微共焦光譜儀是非常有必要的。
技術實現思路
(一)要解決的技術問題本技術的主要目的在于提供一種成本低、操作簡便以及光路布置合理的多功能顯微共焦光譜儀。(二)技術方案為達到上述目的，本技術提供了一種多功能顯微共焦光譜儀，該多功能顯微共焦光譜儀包括激光器模塊、光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊、顯微模塊和信號檢測模塊；其中，該光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊二者共用同一基座，激光器模塊固定在該基座后側面，顯微模塊固定在該基座前側面，信號檢測模塊固定在該基座的右側面。上述方案中，該激光器模塊至少包括一個激光器LS1和提升器SM1；該光路耦合與輸出主模塊包括光學濾光片OFT、至少3個反射鏡M1、M2及M5，至少一個匯聚透鏡LNS1，以及至少一個輸出窗W1；該照明觀測模塊包括廣譜光源WL，第一分束器BS1，第二分束器BS2，第四匯聚透鏡LNS4，照相機CMR和反射鏡M45；該顯微模塊包括顯微物鏡OBJ及其調焦裝置；該信號檢測模塊包括光柵光譜儀GSPY及其控制系統；其中，固定在基座后側面的激光器模塊中的激光器LS1出射的激光先經提升器SM1進行提升并進入光路耦合與輸出主模塊，提升后的激光入射到光路耦合與輸出主模塊中的反射鏡M1上，經由反射鏡M1再反射到反射鏡M2 上，經由反射鏡M2反射的激光入射到光學濾光片OFT上；激光經光學濾光片OFT反射后水平入射至照明觀測模塊中與水平面呈45度傾斜放置的反射鏡M45，經反射鏡M45反射后豎直向下入射至顯微模塊，經顯微模塊的顯微物鏡OBJ聚焦照射到樣品SMP上；顯微物鏡OBJ收集來自樣品SMP的豎直向上的激光反射光和散射信號光，經反射鏡M45反射后水平入射到光學濾光片OFT；光學濾光片OFT將激光反射光濾除并衰減到只有原來的1/106至1/1012，而使得絕大部分的散射信號光透過光學濾光片OFT后入射至反射鏡M5；反射鏡M5將透過該光學濾光片OFT的散射信號光反射后穿過小孔HL，照射到匯聚透鏡LNS1上，經由匯聚透鏡LNS1匯聚的散射信號光穿過輸出窗W1；從輸出窗W1輸出的散射信號光輸入到信號檢測模塊進行共焦信號檢測。上述方案中，在激光器模塊中，激光器LS1為小型激光器，被固定于光路耦合與輸出主模塊基座的后側面，與前側面顯微物鏡在同一基座上，保持了光路的穩定性和操作的便利性。所述小型激光器為氦氖激光器或小型固態泵浦激光器。上述方案中，在光路耦合與輸出主模塊中，反射鏡M2放置于豎直二維角度調節架上，而該豎直二維角度調節架又放置于二維平移臺上；調節二維平移臺可使激光入射到反射鏡M2上的不同位置，而豎直二維角度調節架用來調節反射鏡M2方向使其將激光反射到光學濾光片OFT的中心。上述方案中，在光路耦合與輸出主模塊中，光學濾光片OFT固定在一個豎直二維角度調節架上；豎直二維角度調節架可插拔地置于一個固定在基座上的支柱上；當更換同一激光器的不同波長時，將固定有相應光學濾光片OFT的豎直二維角度調節架更換到該支柱上；調節豎直二維角度調節架的螺紋，可使激光入射到顯微模塊的顯微鏡物鏡OBJ；通過該豎直二維角度調節架與在反射鏡M2之前光路上的其它配備有反射鏡的豎直二維角度調節架聯合使用，可使激光準直入射到顯微模塊的顯微鏡物鏡OBJ，并聚焦到樣品SMP上，以產生備檢測的樣品散射信號光。該光學濾光片OFT為陷波拉曼濾光片、邊帶拉曼濾光片、高通濾光片或低通濾光片。上述方案中，在光路耦合與輸出主模塊中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可調，該隔板將光路耦合與輸出主模塊分隔為左右兩室以隔離 激光雜散光。上述方案中，在光路耦合與輸出主模塊中，匯聚透鏡LNS1放置于三維平移調節架上，通過調節三維平移調節架的三個平移軸，不僅能夠在二維豎直方向上調節匯聚透鏡LNS1的位置，還能夠在光軸方向調節匯聚透鏡LNS1的位置，使得散射信號光能夠精確入射并聚焦到光柵光譜儀GSPY的入口狹縫。上述方案中，提升器SM1中所包含的各反射鏡的角度，以及反射鏡M1、M5和M45的角度均二維可調。上述方案中，在照明觀測模塊中，分束器BS2將來自廣譜光源WL的白光反射到顯微模塊的顯微物鏡OBJ，經由顯微物鏡OBJ聚焦照射到樣品SMP上；來自樣品SMP的反射光經由顯微模塊的顯微物鏡OBJ收集后穿過分束器BS1后，經由分束器BS1反射到照相機CMR進行樣品觀察。上述方案中，所述分束器BS1和BS2呈90度垂直角度放置，且都與光路成45度角；分束器BS1和BS2同時置于同一個具有兩個固定位置的滑軌上；滑軌的一個位置使分束器BS1和BS2位于光路上，用于樣品SMP的光學圖像觀察；將分束器BS1和BS2滑至滑軌的另外一個位置，分束器BS1和BS2將離開激光光路，使得廣譜光源WL的白光不能入射到樣品上，同時使得激光不受分束器BS1和BS2的干擾，這樣激光能夠無損通過照明觀測模塊來激發樣品的散射光信號，同時，來自樣品SMP的散射光信號經顯微模塊的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，該多功能顯微共焦光譜儀包括激光器模塊、光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊、顯微模塊和信號檢測模塊；其中，該光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊二者共用同一基座，激光器模塊固定在該基座后側面，顯微模塊固定在該基座前側面，信號檢測模塊固定在該基座的右側面。

【技術特征摘要】
2016.03.08 CN 20162017589801.一種多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，該多功能顯微共焦光譜儀包括激光器模塊、光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊、顯微模塊和信號檢測模塊；其中，該光路耦合與輸出主模塊、照明觀測模塊二者共用同一基座，激光器模塊固定在該基座后側面，顯微模塊固定在該基座前側面，信號檢測模塊固定在該基座的右側面。2.根據權利要求1所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，該激光器模塊至少包括一個激光器LS1和提升器SM1；該光路耦合與輸出主模塊包括光學濾光片OFT、至少3個反射鏡M1、M2及M5，至少一個匯聚透鏡LNS1，以及至少一個輸出窗W1；該照明觀測模塊包括廣譜光源WL，第一分束器BS1，第二分束器BS2，第四匯聚透鏡LNS4，照相機CMR和反射鏡M45；該顯微模塊包括顯微物鏡OBJ及其調焦裝置；該信號檢測模塊包括光柵光譜儀GSPY及其控制系統；其中，固定在基座后側面的激光器模塊中的激光器LS1出射的激光先經提升器SM1進行提升并進入光路耦合與輸出主模塊，提升后的激光入射到光路耦合與輸出主模塊中的反射鏡M1上，經由反射鏡M1再反射到反射鏡M2上，經由反射鏡M2反射的激光入射到光學濾光片OFT上；激光經光學濾光片OFT反射后水平入射至照明觀測模塊中與水平面呈45度傾斜放置的反射鏡M45，經反射鏡M45反射后豎直向下入射至顯微模塊，經顯微模塊的顯微物鏡OBJ聚焦照射到樣品SMP上；顯微物鏡OBJ收集來自樣品SMP的豎直向上的激光反射光和散射信號光，經反射鏡M45反射后水平入射到光學濾光片OFT；光學濾光片OFT將激光反射光濾除并衰減到只有原來的1/106至1/1012，而使得絕大部分的散射信號光透過光學濾光片OFT后入射至反射鏡M5；反射鏡M5將透過該光學濾光片OFT的散射信號光反射后穿過小孔HL，照射到匯聚透鏡LNS1上，經由匯聚透鏡LNS1匯聚的散射信號光穿過輸出窗W1；從輸出窗W1輸出的散射信號光輸入到信號檢測模塊進行共焦信號檢測。3.根據權利要求2所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，在激光器模塊中，激光器LS1為小型激光器，被固定于光路耦合與輸出主模塊基座的后側面，與前側面顯微物鏡在同一基座上，保持了光路的穩定性和操作的便利性。4.根據權利要求3所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，所述小型激光器為氦氖激光器或小型固態泵浦激光器。5.根據權利要求2所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，在光路耦合與輸出主模塊中，反射鏡M2放置于豎直二維角度調節架上，而該豎直二維角度調節架又放置于二維平移臺上；調節二維平移臺可使激光入射到反射鏡M2上的不同位置，而豎直二維角度調節架用來調節反射鏡M2方向使其將激光反射到光學濾光片OFT的中心。6.根據權利要求2所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，在光路耦合與輸出主模塊中，光學濾光片OFT固定在一個豎直二維角度調節架上；豎直二維角度調節架可插拔地置于一個固定在基座上的支柱上；當更換同一激光器的不同波長時，將固定有相應光學濾光片OFT的豎直二維角度調節架更換到該支柱上；調節豎直二維角度調節架的螺紋，可使激光入射到顯微模塊的顯微鏡物鏡OBJ；通過該豎直二維角度調節架與在反射鏡M2之前光路上的其它配備有反射鏡的豎直二維角度調節架聯合使用，可使激光準直入射到顯微模塊的顯微鏡物鏡OBJ，并聚焦到樣品SMP上，以產生備檢測的樣品散射信號光。7.根據權利要求6所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，該光學濾光片OFT為陷波拉曼濾光片、邊帶拉曼濾光片、高通濾光片或低通濾光片。8.根據權利要求2所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，在光路耦合與輸出主模塊中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可調，該隔板將光路耦合與輸出主模塊分隔為左右兩室以隔離激光雜散光。9.根據權利要求2所述的多功能顯微共焦光譜儀，其特征在于，在光路耦合與輸出主模塊中，匯聚透鏡LNS1放置于三維平移調節...

【專利技術屬性】
技術研發人員：譚平恒，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：新型
國別省市：北京;11