多功能显微共焦光谱仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种多功能显微共焦光谱仪，包括激光器模块、光路耦合与输出主模块、照明观测模块、显微模块和信号检测模块；其中，该光路耦合与输出主模块、照明观测模块二者共用同一基座，激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，信号检测模块固定在该基座的右侧面。本实用新型专利技术可以实现样品以及相应激光斑点的显微观测，能够方便地进行样品拉曼信号和光致发光信号的显微共焦测试，具有结构简单、稳定性好、调节方便和便于扩展的优点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及显微光谱仪
，具体涉及具有低成本优势且便于扩展的一种多功能显微共焦光谱仪。
技术介绍
现有的显微共焦光谱仪集成了激光器、显微镜、共焦针孔、光栅和探测器，如图1所示。在这些商业化的显微共焦光谱仪中，光栅和探测器已与显微共焦光路集成在一起而无法分离，使得功能不便扩展。并且，整套系统的集成使得光谱仪的使用成本非常高，例如市场上普通型的商业化显微共焦光谱仪的价格非常昂贵。此外，对于显微共焦光谱仪而言，如何使得激光斑点与共焦孔在样品上的像点一致，是能够测到光谱和提高光谱仪信噪比的关键。同时，显微物镜的光学通孔非常小，如何使得激光能准直地入射到样品也是非常重要的问题。随着光谱仪系统集成度越来越高，光谱仪的自动化程度也逐渐提高，以至于不同激光器的切换，光学滤光片的选取，探测器出口的配置等都完全自动化。自动化的提高使得使用者操作非常方便，但关键光学元件的全自动化对仪器在长时间工作状态下的稳定性提出了很高要求。这就要求所有光学元件都必须由计算机来控制，而一旦某光学元件性能出现问题或被损坏，更换此光学元件并准直光谱仪的光路将非常麻烦。在测试过程中，因为各种科学实验的需要，人们不可避免地希望给显微共焦光谱仪添加激光器，包括紫外和近红外的激光器，这就需要往光路里添加更多的光学元件或更换与新添加激光波长对应的光学滤光片和其它光学元件，但全自动光谱仪的很多光学元件都是固定的，在更换或添加光学元件将非常不方便。另外，在测试过程中，还可能需要更换不同倍数和工作距离的显微物镜。更换或者添加显微共焦光谱仪的任何元件，原则上都必须重新对光路进行准直，但是，在此情况下，全自动光谱仪都很难 对激光和信号光路进行共焦准直调节。现有的显微共焦光谱仪普遍缺乏两个以上(含两个)的探测器出口，使得在测试不同测试范围的光谱信号时，不得不需要两台以上的光谱仪。因此，作为一个多功能的显微共焦谱仪来说，更换很多光学元件情况下如何实现快速光路准直，是全自动谱仪很难实现的。另外，对于要实现任意为显微共焦光谱仪添加额外激光线，并在配置相应的光学元件和光学滤光片的情况下，还要实现激光入射光路和信号光路的快速准直，并快速选择三个甚至四个以上的探测器出口并进行准直这些目的来说，设计和技术结构稳定的、光路设计合理的、手动准直方便的显微共焦光谱仪是非常有必要的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术的主要目的在于提供一种成本低、操作简便以及光路布置合理的多功能显微共焦光谱仪。(二)技术方案为达到上述目的，本技术提供了一种多功能显微共焦光谱仪，该多功能显微共焦光谱仪包括激光器模块、光路耦合与输出主模块、照明观测模块、显微模块和信号检测模块；其中，该光路耦合与输出主模块、照明观测模块二者共用同一基座，激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，信号检测模块固定在该基座的右侧面。上述方案中，该激光器模块至少包括一个激光器LS1和提升器SM1；该光路耦合与输出主模块包括光学滤光片OFT、至少3个反射镜M1、M2及M5，至少一个汇聚透镜LNS1，以及至少一个输出窗W1；该照明观测模块包括广谱光源WL，第一分束器BS1，第二分束器BS2，第四汇聚透镜LNS4，照相机CMR和反射镜M45；该显微模块包括显微物镜OBJ及其调焦装置；该信号检测模块包括光栅光谱仪GSPY及其控制系统；其中，固定在基座后侧面的激光器模块中的激光器LS1出射的激光先经提升器SM1进行提升并进入光路耦合与输出主模块，提升后的激光入射到光路耦合与输出主模块中的反射镜M1上，经由反射镜M1再反射到反射镜M2 上，经由反射镜M2反射的激光入射到光学滤光片OFT上；激光经光学滤光片OFT反射后水平入射至照明观测模块中与水平面呈45度倾斜放置的反射镜M45，经反射镜M45反射后竖直向下入射至显微模块，经显微模块的显微物镜OBJ聚焦照射到样品SMP上；显微物镜OBJ收集来自样品SMP的竖直向上的激光反射光和散射信号光，经反射镜M45反射后水平入射到光学滤光片OFT；光学滤光片OFT将激光反射光滤除并衰减到只有原来的1/106至1/1012，而使得绝大部分的散射信号光透过光学滤光片OFT后入射至反射镜M5；反射镜M5将透过该光学滤光片OFT的散射信号光反射后穿过小孔HL，照射到汇聚透镜LNS1上，经由汇聚透镜LNS1汇聚的散射信号光穿过输出窗W1；从输出窗W1输出的散射信号光输入到信号检测模块进行共焦信号检测。上述方案中，在激光器模块中，激光器LS1为小型激光器，被固定于光路耦合与输出主模块基座的后侧面，与前侧面显微物镜在同一基座上，保持了光路的稳定性和操作的便利性。所述小型激光器为氦氖激光器或小型固态泵浦激光器。上述方案中，在光路耦合与输出主模块中，反射镜M2放置于竖直二维角度调节架上，而该竖直二维角度调节架又放置于二维平移台上；调节二维平移台可使激光入射到反射镜M2上的不同位置，而竖直二维角度调节架用来调节反射镜M2方向使其将激光反射到光学滤光片OFT的中心。上述方案中，在光路耦合与输出主模块中，光学滤光片OFT固定在一个竖直二维角度调节架上；竖直二维角度调节架可插拔地置于一个固定在基座上的支柱上；当更换同一激光器的不同波长时，将固定有相应光学滤光片OFT的竖直二维角度调节架更换到该支柱上；调节竖直二维角度调节架的螺纹，可使激光入射到显微模块的显微镜物镜OBJ；通过该竖直二维角度调节架与在反射镜M2之前光路上的其它配备有反射镜的竖直二维角度调节架联合使用，可使激光准直入射到显微模块的显微镜物镜OBJ，并聚焦到样品SMP上，以产生备检测的样品散射信号光。该光学滤光片OFT为陷波拉曼滤光片、边带拉曼滤光片、高通滤光片或低通滤光片。上述方案中，在光路耦合与输出主模块中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可调，该隔板将光路耦合与输出主模块分隔为左右两室以隔离 激光杂散光。上述方案中，在光路耦合与输出主模块中，汇聚透镜LNS1放置于三维平移调节架上，通过调节三维平移调节架的三个平移轴，不仅能够在二维竖直方向上调节汇聚透镜LNS1的位置，还能够在光轴方向调节汇聚透镜LNS1的位置，使得散射信号光能够精确入射并聚焦到光栅光谱仪GSPY的入口狭缝。上述方案中，提升器SM1中所包含的各反射镜的角度，以及反射镜M1、M5和M45的角度均二维可调。上述方案中，在照明观测模块中，分束器BS2将来自广谱光源WL的白光反射到显微模块的显微物镜OBJ，经由显微物镜OBJ聚焦照射到样品SMP上；来自样品SMP的反射光经由显微模块的显微物镜OBJ收集后穿过分束器BS1后，经由分束器BS1反射到照相机CMR进行样品观察。上述方案中，所述分束器BS1和BS2呈90度垂直角度放置，且都与光路成45度角；分束器BS1和BS2同时置于同一个具有两个固定位置的滑轨上；滑轨的一个位置使分束器BS1和BS2位于光路上，用于样品SMP的光学图像观察；将分束器BS1和BS2滑至滑轨的另外一个位置，分束器BS1和BS2将离开激光光路，使得广谱光源WL的白光不能入射到样品上，同时使得激光不受分束器BS1和BS2的干扰，这样激光能够无损通过照明观测模块来激发样品的散射光信号，同时，来自样品SMP的散射光信号经显微模块的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，该多功能显微共焦光谱仪包括激光器模块、光路耦合与输出主模块、照明观测模块、显微模块和信号检测模块；其中，该光路耦合与输出主模块、照明观测模块二者共用同一基座，激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，信号检测模块固定在该基座的右侧面。

【技术特征摘要】
2016.03.08 CN 20162017589801.一种多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，该多功能显微共焦光谱仪包括激光器模块、光路耦合与输出主模块、照明观测模块、显微模块和信号检测模块；其中，该光路耦合与输出主模块、照明观测模块二者共用同一基座，激光器模块固定在该基座后侧面，显微模块固定在该基座前侧面，信号检测模块固定在该基座的右侧面。2.根据权利要求1所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，该激光器模块至少包括一个激光器LS1和提升器SM1；该光路耦合与输出主模块包括光学滤光片OFT、至少3个反射镜M1、M2及M5，至少一个汇聚透镜LNS1，以及至少一个输出窗W1；该照明观测模块包括广谱光源WL，第一分束器BS1，第二分束器BS2，第四汇聚透镜LNS4，照相机CMR和反射镜M45；该显微模块包括显微物镜OBJ及其调焦装置；该信号检测模块包括光栅光谱仪GSPY及其控制系统；其中，固定在基座后侧面的激光器模块中的激光器LS1出射的激光先经提升器SM1进行提升并进入光路耦合与输出主模块，提升后的激光入射到光路耦合与输出主模块中的反射镜M1上，经由反射镜M1再反射到反射镜M2上，经由反射镜M2反射的激光入射到光学滤光片OFT上；激光经光学滤光片OFT反射后水平入射至照明观测模块中与水平面呈45度倾斜放置的反射镜M45，经反射镜M45反射后竖直向下入射至显微模块，经显微模块的显微物镜OBJ聚焦照射到样品SMP上；显微物镜OBJ收集来自样品SMP的竖直向上的激光反射光和散射信号光，经反射镜M45反射后水平入射到光学滤光片OFT；光学滤光片OFT将激光反射光滤除并衰减到只有原来的1/106至1/1012，而使得绝大部分的散射信号光透过光学滤光片OFT后入射至反射镜M5；反射镜M5将透过该光学滤光片OFT的散射信号光反射后穿过小孔HL，照射到汇聚透镜LNS1上，经由汇聚透镜LNS1汇聚的散射信号光穿过输出窗W1；从输出窗W1输出的散射信号光输入到信号检测模块进行共焦信号检测。3.根据权利要求2所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，在激光器模块中，激光器LS1为小型激光器，被固定于光路耦合与输出主模块基座的后侧面，与前侧面显微物镜在同一基座上，保持了光路的稳定性和操作的便利性。4.根据权利要求3所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，所述小型激光器为氦氖激光器或小型固态泵浦激光器。5.根据权利要求2所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，在光路耦合与输出主模块中，反射镜M2放置于竖直二维角度调节架上，而该竖直二维角度调节架又放置于二维平移台上；调节二维平移台可使激光入射到反射镜M2上的不同位置，而竖直二维角度调节架用来调节反射镜M2方向使其将激光反射到光学滤光片OFT的中心。6.根据权利要求2所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，在光路耦合与输出主模块中，光学滤光片OFT固定在一个竖直二维角度调节架上；竖直二维角度调节架可插拔地置于一个固定在基座上的支柱上；当更换同一激光器的不同波长时，将固定有相应光学滤光片OFT的竖直二维角度调节架更换到该支柱上；调节竖直二维角度调节架的螺纹，可使激光入射到显微模块的显微镜物镜OBJ；通过该竖直二维角度调节架与在反射镜M2之前光路上的其它配备有反射镜的竖直二维角度调节架联合使用，可使激光准直入射到显微模块的显微镜物镜OBJ，并聚焦到样品SMP上，以产生备检测的样品散射信号光。7.根据权利要求6所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，该光学滤光片OFT为陷波拉曼滤光片、边带拉曼滤光片、高通滤光片或低通滤光片。8.根据权利要求2所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，在光路耦合与输出主模块中，小孔HL固定在一隔板上且其大小可调，该隔板将光路耦合与输出主模块分隔为左右两室以隔离激光杂散光。9.根据权利要求2所述的多功能显微共焦光谱仪，其特征在于，在光路耦合与输出主模块中，汇聚透镜LNS1放置于三维平移调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭平恒，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11