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原文传递一种高分辨光热显微测量装置和测量方法

专利名称：	一种高分辨光热显微测量装置和测量方法
摘要：	一种高分辨光热显微测量装置和测量方法，该装置采用环形泵浦垂直聚焦激发光热效应，同侧同轴光纤探针形成纳米尺度探测光源，同轴后向较强散射探测信号对称高效收集和前向透射探测信号收集，环形泵浦聚焦避免了强透射泵浦光进入透射物镜对探测信号产生寄生效应。本发明实现了空间分辨率在10nm～100nm的高分辨高灵敏度光热吸收探测，且对透明样品和不透明样品均可测量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	中国科学院上海光学精密机械研究所
发明人：	倪开灶;李岚清;邵建达;刘世杰;王微微;杨为香
专利状态：	有效
申请日期：	2023-08-28T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202311090278.8
公开号：	CN117074372A
代理机构：	上海恒慧知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	张宁展
分类号：	G01N21/63;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/63
申请人地址：	201800 上海市嘉定区清河路390号
主权项：	1.一种高分辨光热显微测量装置，其特征在于，包括：泵浦光源模块，用于提供脉冲形式的泵浦光，并将该泵浦光以中心空心的环形光束聚焦在待测样品上；探测光源模块，用于提供连续的探测光，并将该探测光以纳米光束形式照射在待测样品上，且该探测光源的探测光斑中心与所述泵浦光源的泵浦光斑中心重合；第一探测器，用于探测经所述待测样品热形变调制产生的周期性透射光束的中心光信号，并转为前向透射探测电信号传输至锁相放大器；第二探测器，用于探测经所述待测样品热形变调制产生的周期性后向散射探测光信号，并转为后向散射电信号传输至锁相放大器；锁相放大器，该锁相放大器的信号输入端分别连接所述斩波器、第一探测器和第二探测器的信号输出端，用于接收所述的前向透射探测信号和后向散射探测信号，并利用斩波器提供的参考信号，解调输出前向透射探测信号幅值和后向散射探测信号幅值；利用信号幅值与吸收值的标定关系函数计算获得待测样品测量点处的吸收值。 2.根据权利要求1所述的高分辨光热显微测量装置，其特征在于，所述泵浦光源模块，包括泵浦光源(1)、斩波器(2)、第一反射镜(3)、二向色镜(4)、第二反射镜(5)和反射物镜(6)；所述探测光源模块，包括探测光源(10)、光束耦合器(11)和光纤探针(7)；所述待测样品(8)置于位移台(9)上，该位移台(9)的中心为空心，供光束通过；所述的光纤探针(7)垂直于所述待测样品表面，且该光纤探针(7)的轴线与所述反射物镜(6)的轴线重合；所述泵浦光源(1)出射的泵浦光束经所述斩波器(2)将连续泵浦光调制为周期性脉冲后，依次经所述第一反射镜(3)、二向色镜(4)和第二反射镜(5)入射至所述反射物镜(6)，经该反射物镜(6)形成中心空心的环形对称光束，从四周聚焦到待测样品(8)上，所述待测样品(8)吸收泵浦光源的能量后产生热形变；所述探测光源(10)出射的探测光束依次经所述光束耦合器(11)和光纤探针(7)后，照射在所述待测样品(8)产生热形变区域的中心；经热形变调制产生的周期性前向透射探测光信号，经所述待测样品(8)透射后，依次通过所述位移台(9)、透射物镜(12)、透镜(13)、第一滤光片(14)和光阑(15)后，由所述的第一探测器(16)接收；经热形变调制产生的周期性后向散射探测光信号，依次通过所述反射物镜(6)、第二反射镜(5)、二向色镜(4)、第二透镜(17)和第二滤光片(18)后，由所述的第二探测器(19)接收。 3.根据权利要求2所述的高分辨光热显微测量装置，其特征在于，所述的光纤探针(7)接近样品表面的出光端口直径范围为10nm～100nm。 4.根据权利要求2所述的高分辨光热显微测量装置，其特征在于，所述的反射物镜(6)的所有反射面对所述泵浦光源(1)和探测光源(10)的反射率均大于90％；其前端中心遮光区域直径大于所述的光纤探针(7)的直径。 5.根据权利要求2所述的高分辨光热显微测量装置，其特征在于，所述的二向色镜(4)对所述的泵浦光源(1)的反射率大于95％，对所述的探测光源(10)的透射率大于90％。 6.根据权利要求2所述的高分辨光热显微测量装置，其特征在于，所述的第一滤光片(14)和第二滤光片(18)对所述探测光源(10)的透过率大于90％，对所述泵浦光源(1)的光密度OD值大于5。 7.一种高分辨光热显微测量方法，其特征在于，包括：提供脉冲形式的泵浦光，并将该泵浦光以中心空心的环形光束聚焦在待测样品上，待测样品吸收泵浦光源能量后产生热形变；提供连续的探测光，并将该探测光以纳米光束形式聚焦照射在待测样品产生热形变区域的中心；探测经热形变调制产生的周期性透射前向透射探测光信号，并转为前向透射探测电信号；探测经热形变调制产生的周期性后向散射探测光信号，并转为后向散射探电信号；接收所述的前向透射探测信号和后向散射探测信号，并根据参考信号，解调输出前向透射探测信号幅值和后向散射探测信号幅值，利用信号幅值与吸收值的标定关系函数计算待测样品测量点处的吸收值。 8.根据权利要求7所述的高分辨光热显微测量方法，其特征在于，包括： 1)移动所述的反射物镜(6)，使泵浦光束聚焦到样品(8)表面；移动所述的光纤探针(7)，使其位于样品(8)表面上方近场区域； 2)将所述的斩波器(2)的斩波频率设置为f，所述的泵浦光源(1)发出的光束被调制成频率为f的周期性光束，经过所述的反射物镜(6)变为环形对称光束后聚焦到所述样品(8)的同一点上；所述的样品(8)吸收泵浦光源的能量后产生热形变；从所述的光纤探针(7)端头出射的探测光束照射到样品(8)热形变区域的中心； 3)经过热形变调制的周期性透射探测光束的中心部分通过所述的光阑(15)，所述的第一探测器(16)将连续采集的透过光阑(15)的探测光束信号传输到所述的锁相放大器(20)； 4)探测光束经过样品(8)热形变调制产生的周期性对称后向散射探测光束被所述的反射物镜(6)收集后，进入所述的第二探测器(19)，并传输到所述的锁相放大器(20)； 5)将所述的锁相放大器(20)的解调频率设置为f，利用斩波器(2)提供的参考信号，解调输出透射探测信号幅值和后向散射探测信号幅值；所述的透射探测信号幅值和后向散射探测信号幅值分别与样品(8)被测量区域的吸收成正比；利用信号幅值与吸收值的标定关系函数计算获得该测量点的吸收值； 6)所述的位移台(9)驱动样品(8)按预先规划的路径和步进量运动，重复步骤2)～5)，从而获得样品(8)不同区域的吸收分布。
所属类别：	发明专利