專利名稱：用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)機(jī)械，具體涉及一種用于顯微拉曼光譜儀的連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)入射光
和散射光偏振方向的裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，顯微拉曼光譜儀是一種將現(xiàn)代光學(xué)顯微技術(shù)與拉曼散射光譜儀相結(jié)合 的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)分析儀器，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)分析。利用激光良好的偏振性分析被 研究對(duì)象在各種偏振光激發(fā)下的拉曼散射特性，是顯微拉曼光譜儀的一個(gè)重要應(yīng)用的方 式，其中許多測(cè)量工作需要在實(shí)驗(yàn)中隨時(shí)對(duì)入射光和散射光的偏振方向進(jìn)行連續(xù)協(xié)同調(diào) 節(jié)。其中連續(xù)指的是偏振角度可調(diào)節(jié)為圓周內(nèi)的任意角度，協(xié)同指的是始終保持入射光和 散射光偏振方向一致。然而，目前的各種顯微拉曼光譜儀均無法提供能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的裝 置，而普遍采用入射與散射各自獨(dú)立的裝置實(shí)現(xiàn)偏振調(diào)節(jié)。這樣一方面無法實(shí)現(xiàn)入、散光偏 振方向的連續(xù)調(diào)節(jié)，另一方面協(xié)同調(diào)節(jié)操作相當(dāng)繁瑣，往往需要操作員反復(fù)走動(dòng)或者多實(shí) 驗(yàn)員協(xié)作。而且多次調(diào)節(jié)容易給光譜儀帶入灰塵或其它雜物從而影響其精度和壽命。因此， 采用入、散偏振分別控制的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)很難滿足需要隨時(shí)調(diào)整入射光和散射光偏振方向 的實(shí)驗(yàn)分析，甚至使得一些實(shí)驗(yàn)無法實(shí)施。 鑒于此，本發(fā)明的提出可以解決顯微拉曼光譜儀入射光與散射光偏振方向的連續(xù) 協(xié)同控制的實(shí)施問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種顯微拉曼光譜儀用的能夠簡(jiǎn)便連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)入射光和 散射光偏振方向的裝置。 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)原理進(jìn)行說明。用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連 續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置(如圖1 2)主要具有邊框、上蓋板、下蓋板、主動(dòng)齒輪、手動(dòng)轉(zhuǎn)盤、雙聯(lián) 齒輪、轉(zhuǎn)軸、傳動(dòng)齒輪、過渡齒輪、半波片齒輪、半波片、偏振片齒輪、偏振片、定位齒輪等。具 體設(shè)計(jì)原理為主動(dòng)齒輪與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤同軸鍵固定于轉(zhuǎn)軸，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)使主動(dòng)齒輪同角速 度地轉(zhuǎn)動(dòng)；雙聯(lián)齒輪由同軸的上層小輪和下層大輪組成，上下兩層同軸鍵固定于轉(zhuǎn)軸，大輪 的分度圓直徑是小輪分度圓直徑的二倍，使得大輪所傳動(dòng)的線速度二倍于小輪傳動(dòng)的線速 度，由此實(shí)現(xiàn)變速。傳動(dòng)齒輪分別與主動(dòng)齒輪和雙聯(lián)齒輪的大輪嚙合，用于將主動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn) 動(dòng)傳遞給雙聯(lián)齒輪。半波片齒輪和偏振片齒輪都為空心的齒輪環(huán)，其空心圓的部分分別鑲 入半波片和偏振片，而且半波片快光軸的初始方向與偏振片檢偏軸的初始方向都平行于顯 微拉曼光譜儀入射激光的原始偏振方向。半波片齒輪和偏振片齒輪同軸而且二輪分度圓 半徑皆與主動(dòng)齒輪分度圓半徑相等。在雙聯(lián)齒輪的上層小輪與半波片齒輪之間裝有過渡齒 輪，即過渡齒輪分別與雙聯(lián)齒輪的小輪和半波片齒輪嚙合，用于將雙聯(lián)齒輪小輪的轉(zhuǎn)動(dòng)傳 遞給半波片齒輪。偏振片齒輪通過與雙聯(lián)齒輪的大輪嚙合直接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞。定位齒輪為 上下兩層齒輪結(jié)構(gòu)，分度圓直徑相同，上、下層分別與半波片齒輪和偏振片齒輪嚙合。由邊框、上蓋板和下蓋板組成矩形盒狀結(jié)構(gòu)，用于封閉齒輪組傳動(dòng)。所有轉(zhuǎn)軸通過鍵固定于相應(yīng) 齒輪并與之共同轉(zhuǎn)動(dòng)，所有心軸不限制齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所有的齒輪軸(轉(zhuǎn)軸或心軸)均在上下蓋 板設(shè)有軸定位孔，以限定該齒輪只能圍繞齒輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。例如傳動(dòng)齒輪和定位齒輪心軸的上 下端均固定于上蓋板和下蓋板各自的軸定位孔；過渡齒輪心軸的上端固定于上蓋板的軸定 位孔；第二轉(zhuǎn)軸的上下端置于上蓋板和下蓋板各自的軸定位孔；第一轉(zhuǎn)軸的下端置于下蓋 板的軸定位孔，上端穿過上蓋板是與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤固定。在上蓋板與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤相對(duì)應(yīng)位置的外 圈鑲有刻度盤，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤設(shè)有指針刻線，指針刻線的初始位置位于刻度盤的零點(diǎn)。其作用在 于可以控制手動(dòng)轉(zhuǎn)盤調(diào)節(jié)的角度范圍，即可以控制半波片和偏振片的旋轉(zhuǎn)角度。兩個(gè)定位 齒輪和過渡齒輪以及雙聯(lián)齒輪(大輪)間隔120°的組合，保證了半波片齒輪和偏振片齒輪 在沒有心軸的情況下也可精確保持其軸心位置不變。半波片齒輪、偏振片齒輪以及主動(dòng)齒 輪的分度圓半徑相同。上蓋板和下蓋板在半波片和偏振片的軸心對(duì)應(yīng)位置各開有一個(gè)鏡片 孔，用于入射光和散射光穿過并透射半波片和偏振片；上蓋板和下蓋板另開有同心的鏡片 孔作為鏡片預(yù)留孔，用于鑲?cè)肫渌桤R片。 圖3顯示了用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置的機(jī)械原理。主 動(dòng)齒輪、傳動(dòng)齒輪、雙聯(lián)齒輪大輪、雙聯(lián)齒輪小輪、過渡齒輪、半波片齒輪、偏振片齒輪的分 度圓直徑分別為Dc、 DT、 D。 Ds、 Da、 Dh和DP，其中Ds = 0. 5Dl、 DH = DP = Dc。當(dāng)手動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)
角(即刻度盤度數(shù))為e時(shí)，主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)角同為e ，則傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)角為*^雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)
角為*》=^;偏振片齒輪的轉(zhuǎn)角(即偏振片檢偏方向的轉(zhuǎn)角)為倫》=|"; 過渡齒輪的轉(zhuǎn)角為f^^"^^;半波片齒輪轉(zhuǎn)角(即半波片光軸的轉(zhuǎn)角)為
^'^^ = *^ = *^，恰為偏振片檢偏方向的轉(zhuǎn)角的一半。因此，只要撥動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)盤便同時(shí)
轉(zhuǎn)動(dòng)了半波片的快光軸方向和偏振片的檢偏方向，而且半波片快光軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度恰為偏振 片檢偏轉(zhuǎn)動(dòng)角度的一半，其中實(shí)施變速傳動(dòng)的核心部件是雙聯(lián)齒輪。由于半波片實(shí)現(xiàn)的是 二倍于其快光軸角度的偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)控制，所以使得半波片轉(zhuǎn)偏角度與偏振片檢偏角度始 終保持一致，從而實(shí)現(xiàn)了一次性操作協(xié)同調(diào)節(jié)入射光和散射光的偏振方向。
圖1為本發(fā)明內(nèi)部主視結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明內(nèi)部俯視結(jié)構(gòu)示意圖，其中點(diǎn)劃線圓表示齒輪的分度圓。
圖3為本發(fā)明各齒輪傳動(dòng)的機(jī)械原理簡(jiǎn)圖，其中點(diǎn)劃線表示齒輪的分度圓。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例示意圖，其中長(zhǎng)折線為入射光，短折線為散射光。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理作進(jìn)一步的說明。按附圖1 2所示結(jié)構(gòu)將 各部件進(jìn)行組裝，其組成結(jié)構(gòu)為由邊框1、上蓋板2和下蓋板3組成矩形盒狀結(jié)構(gòu)。主動(dòng) 齒輪4與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤5同軸鍵固定于轉(zhuǎn)軸6-1 。雙聯(lián)齒輪7的上層是小輪下層是大輪，上下齒 輪同軸鍵固定于轉(zhuǎn)軸6-2，大輪的分度圓直徑是小輪分度圓直徑的二倍。傳動(dòng)齒輪8分別
4與主動(dòng)齒輪4和雙聯(lián)齒輪7的大齒輪嚙合。半波片齒輪10為空心的齒輪環(huán)，其空心圓部分 鑲?cè)氚氩ㄆ琹l。偏振片齒輪12亦為空心的齒輪環(huán)，其空心圓部分鑲?cè)肫衿?3。半波片 齒輪10與偏振片齒輪12同圓心，半波片齒輪10、偏振片齒輪12以及主動(dòng)齒輪4的分度圓 半徑相同。在雙聯(lián)齒輪7的上層小輪與半波片齒輪10之間裝有過渡齒輪9，偏振片齒輪12 與雙聯(lián)齒輪7的下層大輪嚙合。定位齒輪14為兩層齒輪結(jié)構(gòu)，上下層具有相同的分度圓直 徑并采用共同的心軸，且分別與半波片齒輪10和偏振片齒輪12嚙合。所有的齒輪軸(轉(zhuǎn) 軸或心軸)均在上下蓋板設(shè)有軸定位孔。傳動(dòng)齒輪8和定位齒輪14心軸的上下端均固定 于上蓋板2和下蓋板3各自的軸定位孔。第二轉(zhuǎn)軸6-2的上下端置于上蓋板2和下蓋板3 各自的軸定位孔。第一轉(zhuǎn)軸6-l的上端穿過上蓋板2;下端置于下蓋板3的軸定位孔。過 渡齒輪9心軸的上端固定于上蓋板2的軸定位孔。上蓋板2與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤5相對(duì)應(yīng)位置的外 圈鑲有刻度盤，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤5設(shè)有指針刻線。半波片齒輪10、偏振片齒輪12以及主動(dòng)齒輪4 的分度圓半徑相同。上蓋板2開有第一和第二鏡片孔15-l、15-2 ;下蓋板3開有第三和第 四鏡片孔15-3、15-4 ;其中第一和第三鏡片孔15-l、15-3分別與所述半波片ll及偏振片13 的同心，第二和第四鏡片孔15-2、15-4同心。 在組裝中將半波片11快光軸方向和偏振片13檢偏方向都調(diào)整到平行于顯微拉曼 光譜儀入射激光的原始偏振方向，同時(shí)指針刻線的指向刻度盤的零點(diǎn)。
用于顯微拉曼光譜儀的入射、散射光偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置的實(shí)施例如圖4 所示。將本發(fā)明裝置置入顯微拉曼光譜儀16的入射光與散射光的公共光路中，其中半波片 11面對(duì)激光器17發(fā)出的入射光，偏振片13面對(duì)被測(cè)物體18。將顯微拉曼光譜儀的偏振方 向協(xié)同調(diào)整到與入射光原始偏振呈a角的操作只有一步即將手動(dòng)轉(zhuǎn)盤5調(diào)整至刻度盤度 數(shù)為a 。此時(shí)，半波片11的快光軸方向與入射光初始偏振方向的夾角為0. 5a ，偏振片13 的檢偏方向與入射光初始偏振方向夾角為a 。激光器17發(fā)出的入射光首先經(jīng)過半波片11， 其偏振方向轉(zhuǎn)動(dòng)至2X0. 5a = a，透過檢偏角度同為a的偏振片13后，實(shí)現(xiàn)以a偏振方 向入射被測(cè)物體18。從被測(cè)物體背向散射出的散射光，可以正交分解為偏振方向?yàn)閍的分 量和偏振方向?yàn)閍 + Ji /2的分量。由于散射光首先經(jīng)過偏振片13，偏振方向?yàn)閍 + Ji /2的 分量被完全阻擋，而偏振方向?yàn)閍的分量則順利通過偏振片13，經(jīng)過半波片11后其偏振方 向轉(zhuǎn)為a +2X (-0. 5 a ) = 0，最后進(jìn)入顯微拉曼光譜儀16。就光譜本質(zhì)而言，進(jìn)入顯微拉 曼光譜儀16的散射光實(shí)際是從被測(cè)物體18散射出偏振方向?yàn)閍的那部分。因此，激光器 17發(fā)出的入射光以偏振方向?yàn)閍入射被測(cè)物體18，被測(cè)物體18發(fā)出的散射光只有偏振方 向?yàn)閍的分量進(jìn)入顯微拉曼光譜儀16，而且a可以是圓周內(nèi)的任意角度，本裝置最終實(shí)現(xiàn) 了入射光和散射光的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)。 本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是，專門針對(duì)偏振顯微拉曼光譜分析，特別適用于須連 續(xù)協(xié)同調(diào)整入、散光偏振方向的實(shí)驗(yàn)測(cè)量。本發(fā)明在入射光和散射光的公共光路中插入半 波片和偏振片，并通過雙聯(lián)齒輪變速傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一次性操作協(xié)同調(diào)節(jié)半波片和偏振片的偏 振角度，不僅簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)流程、提高實(shí)驗(yàn)效率，并且可以實(shí)現(xiàn)高精度的自動(dòng)化控制。本裝置 僅利用顯微拉曼光譜儀顯微鏡的一個(gè)開放插槽，在節(jié)省了設(shè)備空間的同時(shí)，為其他測(cè)試分 析預(yù)留更多的開放插槽，而且在結(jié)構(gòu)上適用于目前大多數(shù)顯微拉曼光譜儀，具有廣泛的實(shí) 用性和兼容性。本發(fā)明設(shè)有鏡片預(yù)留孔，可根據(jù)需求鑲?cè)肫衿?、四分之一波片、濾光片等， 具備了較大的擴(kuò)展性。本發(fā)明同時(shí)適用于諸如紅外、熒光等其他類型顯微光譜儀的偏振實(shí)驗(yàn)分析。
權(quán)利要求
用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置，具有邊框、上蓋板、下蓋板、主動(dòng)齒輪、手動(dòng)轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸、雙聯(lián)齒輪、傳動(dòng)齒輪、過渡齒輪、半波片齒輪、半波片、偏振片齒輪、偏振片以及定位齒輪，其特征在于由邊框(1)、上蓋板(2)和下蓋板(3)組成矩形盒狀結(jié)構(gòu)；主動(dòng)齒輪(4)與手動(dòng)轉(zhuǎn)盤(5)同軸鍵固定于第一轉(zhuǎn)軸(6-1)；雙聯(lián)齒輪(7)的上層是小輪下層是大輪，上下齒輪同軸，大輪的分度圓直徑是小輪分度圓直徑的二倍，雙聯(lián)齒輪(7)鍵固定于第二轉(zhuǎn)軸(6-2)；傳動(dòng)齒輪(8)分別與主動(dòng)齒輪(4)和雙聯(lián)齒輪(7)的大輪嚙合；半波片齒輪(10)為空心的齒輪環(huán)，其空心圓部分鑲?cè)氚氩ㄆ?11)，偏振片齒輪(12)亦為空心的齒輪環(huán)，其空心圓部分鑲?cè)肫衿?13)；半波片齒輪(10)與偏振片齒輪(12)同圓心；雙聯(lián)齒輪(7)的上層小輪與半波片齒輪(10)之間裝有過渡齒輪(9)；偏振片齒輪(12)與雙聯(lián)齒輪(7)的下層大輪嚙合；定位齒輪(14)為雙層齒輪結(jié)構(gòu)，上下層同軸具有相同的分度圓直徑，兩組定位齒輪(14)的上下層分別與半波片齒輪(10)和偏振片齒輪(12)嚙合。
2. 按照權(quán)利要求1所述的用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于所述傳動(dòng)齒輪(8)和定位齒輪(14)心軸的上下端均固定于所述上蓋板(2)和下蓋板 (3)各自的軸定位孔；所述第二轉(zhuǎn)軸(6-2)的上下端置于所述上蓋板(2)和下蓋板(3)各 自的軸定位孔；所述第一轉(zhuǎn)軸(6-1)的上端穿過上蓋板(2)，下端置于下蓋板(3)的軸定位 孔；所述過渡齒輪(9)心軸的上端固定于上蓋板(2)的軸定位孔。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置，其 特征在于在所述上蓋板(2)與所述手動(dòng)轉(zhuǎn)盤(5)相對(duì)應(yīng)位置的外圈鑲有刻度盤，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤 (5)設(shè)有指針刻線。
4. 按照權(quán)利要求1所述的用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于所述半波片齒輪(10)、偏振片齒輪(12)以及主動(dòng)齒輪(4)的分度圓半徑相同。
5. 按照權(quán)利要求1所述的用于顯微拉曼光譜儀的偏振方向連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于所述上蓋板(2)開有第一和第二鏡片孔(15-l、15-2);所述下蓋板(3)開有第三和第 四鏡片孔(15-3、15-4);其中第一和第三鏡片孔(15-l、15-3)分別與所述半波片(11)及偏 振片(13)的同心，第二和第四鏡片孔(15-2、15-4)同心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于顯微拉曼光譜儀的連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)入射光和散射光偏振方向的裝置。傳動(dòng)齒輪分別與主動(dòng)齒輪和雙聯(lián)齒輪的大輪嚙合。半波片齒輪和偏振片齒輪均為空心的齒輪環(huán)，其空心圓部分分別鑲?cè)氚氩ㄆ推衿?。半波片齒輪與偏振片齒輪同圓心。雙聯(lián)齒輪的小輪與半波片齒輪之間有過渡齒輪，偏振片齒輪與雙聯(lián)齒輪的大輪嚙合，兩個(gè)定位齒輪與半波片齒輪和偏振片齒輪嚙合。本發(fā)明作為盒狀結(jié)構(gòu)置入拉曼光譜儀入射光和散射光的公共光路中，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤做為控制部件，采用齒輪結(jié)構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)并利用雙聯(lián)齒輪實(shí)施變速傳動(dòng)，通過一次性操作協(xié)同地控制了半波片的起偏角度和偏振片的偏振角度，進(jìn)而簡(jiǎn)便而高精度地實(shí)現(xiàn)了入射光與散射光偏振方向的連續(xù)協(xié)同調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G02B7/00GK101776787SQ20101010210
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者亢一瀾, 仇巍, 李秋, 雷振坤 申請(qǐng)人:天津大學(xué)