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微區(qū)反射光譜測量系統(tǒng)即是將光譜分析技術(shù)與顯微光路結(jié)合，可在微米級尺度上采集樣品的反射光譜信息，廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物等行業(yè)材料光譜性能研究。
◆ 模塊設(shè)計：通過在顯微鏡中加裝拓展模塊實現(xiàn)光譜測量，同時可在客戶現(xiàn)有顯微鏡基礎(chǔ)上定制相應(yīng)檢測模塊。
◆ 共焦設(shè)計：光源光路與光譜儀接收光路共軸，獨特的共焦設(shè)計使得測量“所見即所得”，并且系統(tǒng)的雜散光可以得到有效抑制。
◆ 寬光譜檢測范圍：搭配如海光電的光纖光譜儀，可實現(xiàn)350~1700nm寬光譜測量。
◆ 靈活選配與升級：該系統(tǒng)除可實現(xiàn)反射測量外，同時可根據(jù)客戶需求在此基礎(chǔ)上添加特定測量模塊從而實現(xiàn)反射+透射+拉曼+熒光多光譜測量。
◆ 高精度測量：自動移動平臺最小步進1μm，可實現(xiàn)微小區(qū)域光譜掃描測量。
顯微反射光譜系統(tǒng) |
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| 項目 | 值 |
| 尺寸 | 雙層機械式載物臺，尺寸：210mm×140mm；移動范圍：63mm×50mm |
| 光譜范圍 | 350-1700nm |
| 通道數(shù) | 2 |
| 光纖接口 | SMA 905 |
| 光斑直徑 | 1μm(min) |
| 光譜積分時間 | 1ms~65s |
| 載物平臺 | 手動平臺/自動平臺可選 |
| 掃描范圍 | 58×82mm |
| 平臺最小步進 | 1μm |
應(yīng)用實例
薄膜厚度測量
原理：
如圖所示：當一束光入射到樣品表面上時，一部分光在薄膜表面以θ1角產(chǎn)生反射，形成反射光1，另一部分光發(fā)生折射，折射角θ2，折射光在基底表面再次產(chǎn)生反射，反射光在空氣與薄膜界面發(fā)生折射，以θ1角度出射，形成反射光2，反射光1與反射光2發(fā)生干涉。兩種光束發(fā)生干涉的條件為：
式中n1為空氣折射率，n2為待測薄膜折射率，d為薄膜厚度，當兩束反射光束的光程差相差波長的整數(shù)倍時，兩束光束相位相同，此時發(fā)生干涉相長與相消，分別對應(yīng)反射率光譜的波峰與波谷。
薄膜干涉原理示意圖
當采用微區(qū)顯微方式采集樣品反射率光譜時，入射角與折射角θ1、θ2趨近于0，空氣折射率n1=1.003。假設(shè)反射譜曲線上一對相鄰的波峰與波谷對應(yīng)的波長為λ1和λ2，且λ1<λ2。因此，可得：
2n2d=kλ1
2n2d=(k-1/2)λ2
消去式中k，可得：
實際應(yīng)用中，從反射率光譜上可得到多組波峰和波谷的對應(yīng)的波長，計算出多個膜厚值，求得厚度的平均值以減小誤差。
受干涉影響的反射率光譜
測試實例：
如圖所示，為采用如海光電微區(qū)反射系統(tǒng)測得的一薄膜樣品反射率光譜。
如海微區(qū)反射系統(tǒng)測量的樣品反射率光譜
從圖中可以觀察到明顯的干涉條紋，利用上文所述方法可計算得出該薄膜的厚度約為12.9μm。
微區(qū)反射率高光譜二維成像
反射率高光譜成像技術(shù)是光譜技術(shù)與圖像技術(shù)的結(jié)合，它可以同時獲得樣品二維空間的光譜分布信息。
光源通過顯微系統(tǒng)后，采樣點直徑最小可達到30μm左右，如圖所示，通過提前設(shè)置掃描區(qū)域的大小以及橫縱方向的采集點數(shù)（m，n），將待測樣品分割為m×n個矩形小方格，自動移動平臺以固定的步進運動，依次運行到目標方格處后采集該點的光譜信息，采集完成后選取對應(yīng)的光譜特征點，以該點重構(gòu)樣品的光譜mapping圖，因此采集前預(yù)設(shè)的采樣點數(shù)越密集，則mapping圖像的還原度就越高。
微區(qū)反射率高光譜采集原理與實測圖
結(jié)語
如海光電微區(qū)反射系統(tǒng)可實現(xiàn)微米級樣品光譜性能檢測，具有高空間分辨率、高靈敏度、高精度、高適配性、寬光譜檢測范圍等優(yōu)點，此外通過靈活搭配不同的模塊可同時實現(xiàn)拉曼光譜、熒光光譜、透射光譜等多光譜檢測。
