專利名稱：對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和透射光譜系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及材料的表征領域，特別是材料的吸收、反射和透射光譜相 關的表征測試技術。
背景技術：
吸收、反射和透射光譜是凝聚態物質非常重要的光譜性質之一，主要 用來研究物質的能級位置和光吸收系數等問題。
現在簡單的吸收、反射和透射光譜系統主要由光源，激發分光系統， 樣品室和探測器組成。在用這樣的系統測試吸收、反射和透射光譜，先將 一反射鏡置于樣品室，讓激發分光系統所分出的單色光直接進入探測器來 測量其激發光的激發光譜曲線，然后放上樣品，再測樣品的吸收、反射和 透射光譜，將所測的吸收、反射和透射光譜對所測的激發光譜曲線歸一化 后，就得到樣品真正的吸收、反射和透射光譜，即通常的兩次測量法。這 種測試方法由一個缺陷，即兩次測量法需要重復使用光譜儀，光譜儀運行 的可重復性和激發光源的穩定性都會對在兩個時間段內測得的光譜進行 校正所產生的結果可靠性提出置疑，這也對光源電源的穩定性和光譜儀的 重復性提出了很高的要求。如果儀器重復性較差或者光源電源的穩定性較 差，就會影響測試的結果。
上面這些問題是目前普通的吸收、反射和透射光譜系統所面臨的普遍 問題。能否發明一種對光譜儀可重復性和激發光源穩定性都沒有要求的簡 單的吸收、反射和透射光譜系統呢？
發明內容
本發明的目的在于提供一套對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和透射光譜系統。這套吸收、反射和透射光譜系統的特點在于它在測試吸收、 反射和透射光譜時對光譜儀可重復性和激發光源穩定性沒有要求，從而可 以測得樣品的信噪比很高的吸收、反射和透射光譜。
本發明提供一種對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和透射光譜系 統，其特征在于，該系統包括
一光源；
一分光儀，該分光儀位于光源之后，用來將光源所發出的廣譜光信號 色散為窄帶光源或單色光源；
一激發光匯聚元件，該激發光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光 儀分出的激發光匯聚到所測樣品上；
分束器，該分束器位于激發光匯聚元件之后，將分光儀分出激發光的 一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；
一光強計，該光強計位于分束器光路的一側，用來探測經分束器反射 后的激發光強度，作為參考光強度；
一樣品，該樣品位于分束器之后；
一信號光收集元件，該信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所 發出的信號光匯聚到后敘的探測器；
一探測器，該探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、 反射或透射信號光強度；
一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統 的運作。
其中光源是根據樣品所需要的激發光波長范圍來選擇，該光源選擇為 廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈。
其中分光儀的光柵選擇由激發光的光譜波長范圍決定。 其中分束器的工作范圍大于樣品的激發光波長范圍。 其中分束器為半反射式分束器，該分束器在光路上的角度為45度。
為進一步說明本發明的內容及特點，以下結合附圖和實施方法對本發 明作一詳細的描述，其中圖1是對激發光源無穩定性要求的反射光譜系統的結構簡圖。
圖2是對激發光源無穩定性要求的吸收和透射光譜系統的結構簡圖。
具體實施例方式
請參閱圖1和圖2所示，本發明一套對激發光源無穩定性要求的吸收、
反射和透射光譜系統，該系統包括
一光源10，該光源10是根據樣品所需要的激發光波長范圍來選擇， 該光源10為廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈；
一分光儀20，該分光儀20位于光源10之后，用來將光源所發出的廣 譜光信號色散為窄帶光源或單色光源，該分光儀20的光柵選擇由激發光 的光譜波長范圍決定；
一激發光匯聚元件30，該激發光匯聚元件30位于分光儀20之后，用 來將分光儀20分出的激發光匯聚到所測樣品SP上；
一分束器40，該分束器40位于激發光匯聚元件30之后，將分光儀 20分出激發光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計50，該分束 器40的工作范圍大于樣品的激發光波長范圍，該分束器40在光路上的角 度為45度；
一光強計50，該光強計50位于分束器40光路的一側，用來探測經分 束器40反射后的激發光強度，作為參考光強度； 一樣品SP，該樣品SP位于分束器40之后；
一信號光收集元件60，該信號光收集元件60位于樣品SP之后，用來 將樣品SP所發出的信號光匯聚到后敘的探測器70之前；
一探測器70，該探測器70位于信號光收集元件60之后，用來探測樣
品的吸收、反射或透射信號光強度；
一計算機80，該計算機80分別與控制分光儀20，光強計50和探測
器70連接，用來控制整套系統的運作。
與其他簡單的光激發熒光譜系統相比，本系統多了分束器40和光強 計50，而分束器40和光強計50正是本系統的核心組成部分。本系統光信 號的路徑如圖1和圖2中箭頭所示。圖1和圖2的光學元件基本相同，不 同的就是為了實現吸收/透射光譜測量和反射光譜測量時而在樣品前后光路上所采用的配置不同。
總的來說，光源10所發出的廣譜光信號經過分光儀20時被色散為窄
帶光源或單色光源，經分光儀20色散后的光源被激發光匯聚元件30匯聚 到樣品SP，同時通過分束器40將一部分激發光反射進入光強計50，光強 計50探測到的激發光強度為激發光的參考信號IQ(X);被樣品吸收、反射 或透射后的光學信號被信號光收集元件60匯聚到探測器70，探測器70 所測得的光信號為Is(X)。這樣，樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的 相對強度就為探測器70所測得的光信號強度與光強計50所測得的參考信 號強度之比，即Is(X)/Iq(X)。
為了得到樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的絕對強度，我們設
分束器40的反射率和透過率之比為rco (注此Ra)值可以通過標準反
射譜儀或透射譜儀來校正獲得)，那么，入射到樣品SP的激發光強度為 Io(X)/R(X)。我們設信號光收集元件60的透射系數為t("(注此too 值可以通過標準光譜儀來校正獲得)。如果光強計50和探測器70為型號 相同的探測器，那么樣品的吸收光譜、反射光譜或透射光譜的絕對強度就 為(Is( i)/T( i))/(I()a)/R(人))。如果光強計50和探測器70為型號不同的 探測器，我們設光強計50和探測器70的探測效率之比為^7(X)(注此 t(人)值可以通過標準光譜儀來校正獲得)，那么樣品的吸收光譜、反射光
譜或透射光譜的絕對強度就為(Isa"纟57(X)/T(X))/(I()(人)/R(X))。
通過編寫計算機的譜儀控制軟件,我們可以把因子^7(X"R(X)/T(人) 作為激發光波長的函數存儲在計算機內，對所測的每一條相對吸收光譜、 反射光譜或透射光譜曲線都乘以因子^7(X"R(X)/T(X)來進行自動校正， 那么，就可以立即一次性地得到樣品真正的吸收光譜、反射光譜或透射光 譜。
7由于Is(X)和Io(X)是同時測得的，因此不會對光源的穩定性有很高 的要求，同時，也可以避免普通吸收，反射或透射光譜儀因使用兩次測量 法來測量吸收，反射或透射光譜而對譜儀的可重復性有很高的要求。由于 本發明的光譜儀及其測量方法避免了光源的不穩定性和光譜儀重復性不 好而帶來光譜信噪比較低的問題，利用該系統所測量的樣品吸收、反射或 透射光譜就具有很高的信噪比。
以上實例說明我們設計的這套對激發光源無穩定性要求的吸收、反射 或透射光譜系統具有一些非常顯著的特點，就是該系統對光譜儀可重復性
和激發光源穩定性都沒有要求；經過一次取譜就可以立即獲得樣品真正的 吸收、反射或透射光譜；可以提高光譜的信噪比。該系統將會應用在材料 的光學表征方面的技術中。
權利要求
1.一種對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和透射光譜系統，其特征在于，該系統包括一光源；一分光儀，該分光儀位于光源之后，用來將光源所發出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發光匯聚元件，該激發光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發光匯聚到所測樣品上；一分束器，該分束器位于激發光匯聚元件之后，將分光儀分出激發光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；一光強計，該光強計位于分束器光路的一側，用來探測經分束器反射后的激發光強度，作為參考光強度；一樣品，該樣品位于分束器之后；一信號光收集元件，該信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發出的信號光匯聚到后敘的探測器；一探測器，該探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、反射或透射信號光強度；一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統的運作。
2. 根據權利要求1所述的對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統，其特征在于，其中光源是根據樣品所需要的激發光波長范 圍來選擇，該光源選擇為廣譜光源中的氙燈或鹵鎢燈。
3. 根據權利要求1所述的對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統，其特征在于，其中分光儀的光柵選擇由激發光的光譜波長 范圍決定。
4. 根據權利要求l所述的對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統，其特征在于，其中分束器的工作范圍大于樣品的激發光波長范圍。
5.根據權利要求l所述的對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和 透射光譜系統，其特征在于，其中分束器為半反射式分束器，該分束器在光路上的角度為45度。
全文摘要
一種對激發光源無穩定性要求的吸收、反射和透射光譜系統，包括一光源；一分光儀位于光源之后，用來將光源所發出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發光匯聚到所測樣品上；一分束器位于激發光匯聚元件之后，將分光儀分出激發光的一部分反射到另一方向，進入后敘的光強計；一光強計位于分束器光路的一側，用來探測經分束器反射后的激發光強度，作為參考光強度；一樣品位于分束器之后；一信號光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發出的信號光匯聚到后敘的探測器；一探測器位于信號光收集元件之后，用來探測樣品的吸收、反射或透射信號光強度；一計算機，分別與分光儀、光強計和探測器連接，用來控制整套系統的運作。
文檔編號G01N21/01GK101581662SQ20081010653
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月14日 優先權日2008年5月14日
發明者揚 姬, 俊 張, 譚平恒, 趙偉杰, 趙建華 申請人:中國科學院半導體研究所