一体化傅里叶变换光致发光光谱仪制造技术

一种一体化傅里叶变换光致发光光谱仪，其特点在于由安装在同一个底板上的样品布放模块、内置泵浦光源模块、光致发光光路模块、干涉仪模块和控制处理模块组成，这些模块分别实现待检测样品安放与空间调节；自带两个不同光波长光致发光泵浦光；光致发光信号的产生与高效收集；光致发光光谱信号的检测；以及激光器输出控制与显示、光谱电信号的采样与傅里叶变换、光谱显示存储及与外部通讯。本发明专利技术具有小型、一体化、自带双泵浦光源、光路预准直免调试、高传输效率、按预设位置调整样品即可开机测试等特点，消除了光致发光光谱测试光路难优化易偏离、光谱信号弱难分辨的局限，在微电子、光电子、新材料等领域具有广阔应用前景。

Integrated Fourier transform photoluminescence spectrometer

An integrated Fourier transform photoluminescence spectrometer is characterized in that it is composed of a sample layout module, a built-in pump light source module, a photoluminescence light path module, an interferometer module and a control and processing module installed on the same base plate. These modules respectively realize the placement and spatial adjustment of the samples to be tested; it is equipped with two different wavelength photoluminescence pump lights; Photoluminescence Generation and efficient collection of signal; detection of photoluminescence spectrum signal; output control and display of laser, sampling and Fourier transform of spectral electrical signal, storage of spectral display and external communication. The invention has the advantages of miniaturization, integration, self-contained double pump light source, optical path pre collimation free debugging, high transmission efficiency, adjusting the sample according to the preset position to start the test, etc., which eliminates the limitations of difficult optimization and deviation of optical path and weak resolution of spectral signal in photoluminescence spectrum test, and has broad application prospects in the fields of microelectronics, optoelectronics, new materials, etc.

【技术实现步骤摘要】
一体化傅里叶变换光致发光光谱仪
本专利技术涉及光谱分析仪器，特别一种一体化傅里叶变换光致发光光谱仪。
技术介绍
光致发光(Photoluminescence,PL)光谱作为一种强大的无损光谱检测手段广泛应用于半导体光学性质测试分析。它不仅可以揭示材料的电子能带结构，如带隙和带尾状态，还可以提供杂质和深能级缺陷的信息，从而大大提高对材料光电特性的理解。傅立叶变换(Fouriertransform,FT)光谱具有完善的理论和仪器，用于区分材料和器件的多样化特征。与传统色散型光谱仪相比，傅立叶变换光谱仪的多通道、全通量、低等效噪声、快速扫描等特性使其成为众多领域有效方法和最佳选择。傅立叶变换光谱仪通常设计用于吸收或反射类光谱测量，采用内部宽带红外辐射源。为实现其它功能应用，还引入发射端口，可以表征来自外部材料和器件发射光谱特征，例如光致发光。基于傅立叶变换光谱仪，融合其与光致发光光谱的优点，实现从可见-红外波段傅里叶变换光致发光光谱测试，在实验室已经得到多方发展和应用，特别是在传统色散光谱仪无法有效运行的弱信号、长波长等情形：使用常规连续扫描模式的傅立叶变换光谱仪可以实现可见-近红外波段相对较强光致发光信号检测；采用步进扫描模式的傅立叶变换光谱仪与相敏检测技术相结合，还可以消除环境热背景干扰，实现中远红外波段光致发光测试。即便如此，兼之有诸多国内外相关专利公开，光致发光光谱应用却仍然存在显著技术局限，因而严重制约了其推广普及：基于传统色散型光谱仪的光致发光光谱测试系统由于狭缝和分光制约弱信号和红外波段检测能力；所见傅里叶变换光致发光光谱测试设备均非一体化光谱仪，而是傅里叶变换光谱仪与外部搭建泵浦光源、光致发光光路结合的光谱测试系统，移植性差不易推广；光致发光信号产生、传输、收集所涉光路随意性大、难调优、易受干扰，不利于弱光谱检测和变条件调控。CN109030427A公开了一种专用光致发光光谱测量的CCD光谱仪，其由入射狭缝、准直镜、光栅、成像反射镜以及CCD探测器组成，通过在CCD探测器与成像反射镜之间设置伸缩式低反射率陷光挡板，并根据激发峰的波长进行位置调节以确保挡住该激发峰而仅通过发射峰，达到增加光致发光光谱测量质量、实现低量子效率物质准确测量等目的。但是，它是基于色散型而非傅立叶变换光谱仪，狭缝的使用严重约束通光效率，进而显著影响光致发光光谱测试灵敏度和信噪比；CCD探测器的使用也因此局限了其可适用波段范围。CN101949845A公开了一种光致发光扫描测量装置，其由激光器、耦合装置、光纤耦合器、电动样品台、光谱仪、系统控制器构成，通过使用光纤光路，结合由分光仪和CCD探测器组成的光谱仪，实现光致发光光谱的测试和整套装置的小型化。同样可见，它是基于分光仪和CCD探测器而非傅立叶变换光谱仪，光纤光路和CCD探测器限制了其可适用波段范围。CN105911029B公开了一种用于测量深低温强磁场下光致发光的系统，其由光纤激光器、光纤组件、光纤、真空密封接头、O型圈、螺母、待测样品、磁输运样品室、光谱仪和测试分析计算机等组成。主要特征是利用光纤组件在深低温、强磁场环境中对样品进行光致发光测试，却并没有关于光谱仪类型/工作模式的具体描述，因而属于一种由不同仪器松散组合的实验系统方案，而非一体化光致发光光谱仪。CN100424499C公开了一种基于步进扫描傅立叶变换红外光谱仪的红外调制光致发光谱的方法及装置，其包括傅立叶变换红外光谱测量系统、激光器、锁相放大器、斩波器，进行红外调制光致发光谱测量时能够实现包括消除室温背景辐射、消除傅立叶频率和增强红外波段光致发光微弱信号探测能力三个功能。但是，它属于一种由不同仪器松散组合的实验系统，而非一体化光致发光光谱仪。US6377340B1公开了一种用于检测天然金刚石是否已经在高压和高温条件下处理的光致发光光谱方法，其包括将金刚石置于设置在等于或低于液氮的温度的光学恒温器中、用激光束照射钻石、用光致发光光谱仪记录金刚石的光谱、检查钻石的光谱以检测不存在所选择的光致发光光谱线。其主要特征是提供一种金刚石处理状况的光致发光光谱评价方法，并没有关于光谱仪类型/工作模式的具体描述，因而属于一种由不同仪器松散组合的金刚石光谱评价方法，而非一体化光致发光光谱仪。US5499095A公开了一种具有可更换入口和出口的快速光谱仪，允许内部和外部辐射源切换，其着重点在于具有多个入口和出口以耦合外部源或样品，却并没有涉及光致发光光谱及其实现所必须的光路等模块，不是光致发光光谱仪。US2011189787A1提供了一种光致发光光谱仪，其包括：用于激发样品中光致发光的电磁辐射源、用于检测从样品发射的光致发光的检测器、以及光路中的可改变由检测器接收的具有与激发辐射相同波长的电磁辐射的强度的装置。其着重点在于透镜与分束器组合的进出样品光路，以及基于多光学滤光片组合的探测器接收光强调节模式，却并不涉及傅立叶变换干涉仪，不包含基于离轴抛物面反射镜组合的光致发光信号最大化收集、优化传输、向干涉仪匹配馈送的光路设置，不是傅里叶变换光致发光光谱仪。US5309217A公开了一种傅里叶变换光谱仪，其带有双光束干涉仪，通过两个后向反射器实现镜面驱动，这两个后向反射器位于双摆的两个180°移位臂上。偏转镜布置在分束器和后向反射器之间。分束器相对于摆的平面移位。因此，实现了稳定，易于对准和紧凑的配置。其主要特征是提供一种稳定，易于对准和紧凑的傅里叶光谱仪配置，却并没有涉及光致发光光谱及其实现所必须的光路等模块，不是傅里叶变换光致发光光谱仪。US9121755B2介绍了一种新型发射和透射光谱仪，其有益方面是限制在光谱仪外壳壁内的单个样品室，更紧凑的附件。其主要特征是通过切换内光源/探测器前椭圆镜取向，能够进行发射(例如，拉曼和荧光)和红外(IR，NIR)透射测量，却并不包含产生发射的泵浦源及相关光路设置，不是傅里叶变换光致发光光谱仪。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种一体化傅里叶变换光致发光光谱仪，该装置具备一体化自带双泵浦光源、基于干涉仪分光、反射光路宽波段预准直免调试、双离轴抛物面反射镜光束耦合转换小型化高传输效率、按预设位置调整样品即可开机测试等特点，消除光致发光光谱测试对使用者光谱实验技能要求高、光路易偏离难优化、光谱信号弱难分辨等局限，易于推广，可在物理、材料、微电子与光电子等领域得到广泛应用。本专利技术的技术解决方案如下：一种小型一体化傅里叶变换光致发光光谱仪，其特点在于：由5个功能模块组成，安装在同一个底板上。模块1实现待检测样品安放与空间调节,其包括三维空间调节台和待测样品位置标识，用所述三维空间调节台安放样品或内置样品的低温光学恒温器(样品或/和恒温器均非所述光谱仪的组成部分)，用所述样品位置标识指示待测样品前表面适当位置。模块2提供自带的光致发光泵浦光，其包括输出波长可在紫外-近红外波段内选择的两个不同输出波长的第一激光器和第二激光器，用所述激光器配合模块3实现对所述待测样品的有效光激发。模块3辅助实现光致发光信号的产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一体化傅里叶变换光致发光光谱仪，其特征在于由样品布放调控、内置泵浦光源、光致发光光路、干涉仪、以及控制处理与显示存储等5个功能模块组成，安装在同一个底板上。5个模块功能可通过不同的光、机、电组件配置实现：模块1包括三维空间调节平台(10)和待测样品前表面的水平面投影位置标识(11)；模块2包括两个不同输出波长的激光器(20和21)；模块3包括第一平面反射镜(30)、二向色滤光片31、会聚透镜(组)33、第二平面反射镜(34)、第一沿汇聚光束方向中心开孔的离轴抛物面反射镜(35)、第二和第三离轴抛物面反射镜(36和37)、第三平面反射镜(38)和长波通光学滤光片39；模块4包括分束器(40)、运动反射镜(41)、固定反射镜(42)、离轴抛物面反射镜(43)和光检测器(44)；模块5是控制、信号处理与光谱显示、存储及与外部数据通讯模块。/n

【技术特征摘要】
1.一体化傅里叶变换光致发光光谱仪，其特征在于由样品布放调控、内置泵浦光源、光致发光光路、干涉仪、以及控制处理与显示存储等5个功能模块组成，安装在同一个底板上。5个模块功能可通过不同的光、机、电组件配置实现：模块1包括三维空间调节平台(10)和待测样品前表面的水平面投影位置标识(11)；模块2包括两个不同输出波长的激光器(20和21)；模块3包括第一平面反射镜(30)、二向色滤光片31、会聚透镜(组)33、第二平面反射镜(34)、第一沿汇聚光束方向中心开孔的离轴抛物面反射镜(35)、第二和第三离轴抛物面反射镜(36和37)、第三平面反射镜(38)和长波通光学滤光片39；模块4包括分束器(40)、运动反射镜(41)、固定反射镜(42)、离轴抛物面反射镜(43...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵军，李纪华，陈松，
申请(专利权)人：荧飒光学科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31