專利名稱：對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，特別是材料的激發(fā)光譜和光激發(fā)熒光 光譜相關(guān)的測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
激發(fā)光譜和光激發(fā)熒光光譜是凝聚態(tài)物質(zhì)非常重要的一種光譜性質(zhì)， 主要用來研究物質(zhì)的發(fā)光中心，能級位置和發(fā)光效率等問題。
現(xiàn)在簡單的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)主要由光源，激發(fā)分光系統(tǒng)，樣品室， 發(fā)射分光系統(tǒng)和探測器組成。通常，在用這樣的系統(tǒng)測試激發(fā)光譜和光激 發(fā)熒光光譜時，先將一反射鏡置于樣品室，讓激發(fā)分光系統(tǒng)所分出的單色 光直接進入發(fā)射分光系統(tǒng)來測其激發(fā)光的光譜曲線，然后放上樣品，再測 樣品在每一激發(fā)光下的發(fā)光光譜，將發(fā)光光譜對由發(fā)射分光系統(tǒng)測得的激 發(fā)光譜曲線歸一化后，就得到樣品的激發(fā)光譜和光激發(fā)熒光光譜。這種常 規(guī)測試方法由兩個缺陷其一是激發(fā)光譜曲線由發(fā)射光譜儀測得，真正的 激發(fā)光譜曲線必須經(jīng)過校正發(fā)射光譜儀的響應曲線后才能獲得，而發(fā)射光 譜儀的不同光柵、不同狹縫寬度和所用探測器等因素都對發(fā)射光譜儀的響 應曲線有影響，從而非常不容易得到真正的激發(fā)光譜曲線；其二，兩次測 量法需要重復使用光譜儀，光譜儀運行的可重復性和激發(fā)光源的穩(wěn)定性都 會對在兩個時間段內(nèi)測得的光譜進行校正所產(chǎn)生的可靠性提出置疑，這也 對光源電源的穩(wěn)定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(wěn)定性較差，都會影響測試的結(jié)果。
上面這些問題是目前普通光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)所面臨的普遍問題。是否 能發(fā)明一種對光譜儀可重復性和激發(fā)光源穩(wěn)定性都沒有要求的簡單光激 發(fā)熒光譜系統(tǒng)呢？

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光 譜系統(tǒng)。這套光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)的特點在于它在測試激發(fā)光譜和光激發(fā)熒 光譜時對光譜儀的可重復性和激發(fā)光源的穩(wěn)定性沒有任何要求，從而可以 測得信噪比很高的樣品激發(fā)光譜和光激發(fā)熒光譜
本發(fā)明提供一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)，其特 征在于，該系統(tǒng)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(fā)出的廣譜光信號 色散為窄帶光源或單色光源；
一激發(fā)光匯聚元件，該激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光 儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；
一分束器，該分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)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(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射 后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；
一樣品，該樣品位于分束器之后；
一發(fā)射光收集元件，該發(fā)射光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所 發(fā)出的信號光匯聚到后敘的發(fā)射光譜儀的入口；
一發(fā)射光譜儀，該發(fā)射光譜儀位于發(fā)射光收集元件之后，用來將信號 光色散到后敘的探測器；
一探測器，該探測器位于發(fā)射光譜儀之后，用來探測經(jīng)發(fā)射光譜儀色 散后的光譜信號強度；
一計算機，分別與分光儀、光強計、發(fā)射光譜儀和探測器連接，用來 控制整套系統(tǒng)的運作。
其中光源是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)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(fā)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(fā)光波長范圍。
5其中發(fā)射光譜儀的光柵選擇由樣品發(fā)射光譜的波長范圍決定。 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。 本系統(tǒng)可用于要求高信噪比的激發(fā)光譜和光激發(fā)熒光譜的測試中去。


為進一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點，以下結(jié)合附圖和實施方法對本發(fā) 明作一詳細的描述，其中
圖1是對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式
請參閱圖1所示，本發(fā)明一套對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光 譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
一光源10，該光源10是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)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IO之后，用來將光源所發(fā)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(fā)光 的光譜波長范圍決定-，
一激發(fā)光匯聚元件30，該激發(fā)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(fā)光匯聚到所測樣品SP上；
一分束器40，該分束器40位于激發(fā)光匯聚元件30之后，將分光儀 20分出激發(fā)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(fā)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(cè)，用來探測經(jīng)分 束器40反射后的激發(fā)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(fā)出的信號光匯聚到后敘的發(fā)射光譜儀70的入口處；
一發(fā)射光譜儀70，該發(fā)射光譜儀70位于發(fā)射光收集元件60之后，用 來將信號光色散到后敘的探測器80，該發(fā)射光譜儀70的光柵選擇由樣品發(fā)射光譜的波長范圍決定；
一探測器80，該探測器80位于發(fā)射光譜儀70之后，用來探測經(jīng)發(fā)射 光譜儀70色散后的光譜信號強度；
一計算機90，該計算機90分別與控制分光儀20，光強計50，發(fā)射光 譜儀70和探測器80連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
與其他簡單的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)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(tǒng)的核心組成部分。本系統(tǒng)光信 號的路徑如圖中箭頭所示?？偟膩碚f，光源10所發(fā)出的廣譜光信號經(jīng)過 分光儀20后被色散為窄帶光源或單色光源，經(jīng)分光儀20色散后的光源被 激發(fā)光匯聚元件30匯聚到樣品SP來激發(fā)其熒光信號，同時通過分束器40 將一部分激發(fā)光反射進入光強計50，光強計50探測到的激發(fā)光強度為激 發(fā)光的參考信號樣品SP被激發(fā)后所發(fā)出的信號光被發(fā)射光收集元 件60匯聚到發(fā)射光譜儀70的入口 ，經(jīng)發(fā)射光譜儀70色散后的信號光由 探測器80來探測，得到樣品的熒光信號強度IpL(人o，入)。
我們設分束器40的反射率和透過率之比為R(Xo)(注此R(^)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(fā)光 強度為IQao)/Ra。)。當我們把發(fā)射光譜儀70固定在某一波長^l下，通過 分光儀20來掃描激發(fā)光波長X。來探測波長^l處的熒光信號強度隨激發(fā) 光波長X()的變化關(guān)系，就得到樣品以激發(fā)光波長Xo為單位的激發(fā)光譜， 即IPL("L)/(I0(^)/R(X0))。
對于每一個激發(fā)光波長X(h，通過發(fā)射光譜儀70可以測得相應的熒光 光譜信號I扎aoA)。通過不斷改變激發(fā)光波長人oi，就可以測得樣品的一 系列熒光光譜信號Ipi^aoi，"。以4為縱坐標，以人為橫坐標，以用激發(fā)
光強度1。aoi)/R(Aoi)校正后的熒光光譜信號iPLOoi， "/(ioaoi)/Raoi))為 強度坐標，就形成了樣品光激發(fā)熒光光譜的三維光譜圖。
通過編寫計算機的譜儀控制軟件，我們可以把因子R(人o)作為激發(fā)光
波長人。的函數(shù)存儲在計算機內(nèi)。那么，只要對所測的每一條經(jīng)過光強計
50所測的激發(fā)光強度1。(X。)校正的熒光光譜信號都乘以因子Ra。)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激發(fā)光譜和光激發(fā) 熒光譜。
7對于通常的光激發(fā)熒光光譜系統(tǒng)，其參考信號Io(X())是通過同步轉(zhuǎn)動 分光計20和發(fā)射光譜儀70來獲得的，但是這樣，Io(人o)就包含了信號光
收集元件60、發(fā)射光譜儀70和探測器80的綜合響應曲線，從而不容易得
到真正的激發(fā)光強度曲線1。(Xo)，而對于分束器40來說，其分光比可以
根據(jù)需要選擇購買，而且現(xiàn)有技術(shù)可以保證在350納米到2500納米的光
波長范圍內(nèi)具有平滑的反射率/透過率比值R(^)。這樣，就避免了普通光
激發(fā)熒光光譜系統(tǒng)通過信號光收集元件60、發(fā)射光譜儀70和探測器80
的綜合響應曲線來校正激發(fā)光強度曲線的復雜性。顯然，通過這種方法測
得的激發(fā)光強度曲線是絕對的，沒有后面譜儀光柵、狹縫和探測器等諸多 因素對其產(chǎn)生影響。
對于普通的光激發(fā)熒光光譜系統(tǒng)來說，采用兩步法測量光譜時，每次 測量都要使用相同的探測器80。如果材料的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜在不同的 光譜區(qū)域，比如，激發(fā)光譜在l微米以下的光譜區(qū)域，而發(fā)射光譜在l微 米以上的光譜區(qū)域，那么沒有探測器能同時工作在這么寬廣的光譜范圍 內(nèi)，這就為相應材料的光激發(fā)熒光光譜表征帶來很大的困難。但是，本系 統(tǒng)利用光強計來測量激發(fā)光強度曲線，我們就可以根據(jù)需要選擇相應的光 強計和探測器來解決以上問題。
由于ipL(^，"和io(;g是同時測得的，而不是轉(zhuǎn)動光譜儀兩次來完成
的，因此不會對光源的穩(wěn)定性有很高的要求，同時，也可以避免普通光激 發(fā)熒光譜儀因使用兩次測量法來測量光譜而對譜儀的可重復性有很高的 要求。由于本發(fā)明的光譜儀及其測量方法避免了光源的不穩(wěn)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(tǒng)所測量的激發(fā)光譜 和光激發(fā)熒光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(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒 光譜系統(tǒng)具有一些非常顯著的特點，就是該系統(tǒng)對光譜儀的可重復性和激 發(fā)光源的穩(wěn)定性都沒有要求；將測量激發(fā)光強度曲線的探測器從熒光探測 器中分離出來，可以直接測得絕對的激發(fā)光強度曲線，而且不受發(fā)射光信 號探測器測量范圍的影響，從而擴大了譜儀的使用范圍；經(jīng)過一次取譜就 可以獲得樣品的激發(fā)譜或光激發(fā)熒光譜，從而可以提高光譜的信噪比。該 系統(tǒng)將會應用于材料的光學性質(zhì)研究領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)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(fā)出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發(fā)光匯聚元件，該激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；一分束器，該分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)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(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；一樣品，該樣品位于分束器之后；一發(fā)射光收集元件，該發(fā)射光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發(fā)出的信號光匯聚到后敘的發(fā)射光譜儀的入口；一發(fā)射光譜儀，該發(fā)射光譜儀位于發(fā)射光收集元件之后，用來將信號光色散到后敘的探測器；一探測器，該探測器位于發(fā)射光譜儀之后，用來探測經(jīng)發(fā)射光譜儀色散后的光譜信號強度；一計算機，分別與分光儀、光強計、發(fā)射光譜儀和探測器連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜 系統(tǒng)，其特征在于，其中光源是根據(jù)樣品所需要的激發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜 系統(tǒng)，其特征在于，其中分光儀的光柵選擇由激發(fā)光的光譜波長范圍決定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)，其特征在于，其中分束器的工作范圍大于樣品的激發(fā)光波長范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜 系統(tǒng)，其特征在于，其中發(fā)射光譜儀的光柵選擇由樣品發(fā)射光譜的波長范 圍決定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對激發(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜 系統(tǒng)，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(fā)光源無穩(wěn)定性要求的光激發(fā)熒光譜系統(tǒng)，包括一光源；一分光儀位于光源之后，用來將光源所發(fā)出的廣譜光信號色散為窄帶光源或單色光源；一激發(fā)光匯聚元件位于分光儀之后，用來將分光儀分出的激發(fā)光匯聚到所測樣品上；一分束器位于激發(fā)光匯聚元件之后，將分光儀分出激發(fā)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(cè)，用來探測經(jīng)分束器反射后的激發(fā)光強度，作為參考光強度；一樣品位于分束器之后；一發(fā)射光收集元件位于樣品之后，用來將樣品所發(fā)出的信號光匯聚到后敘的發(fā)射光譜儀的入口；一發(fā)射光譜儀位于發(fā)射光收集元件之后，用來將信號光色散到后敘的探測器；一探測器位于發(fā)射光譜儀之后，用來探測經(jīng)發(fā)射光譜儀色散后的光譜信號強度；一計算機，分別與分光儀、光強計、發(fā)射光譜儀和探測器連接，用來控制整套系統(tǒng)的運作。
文檔編號G01N21/64GK101581667SQ20081010654
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月14日
發(fā)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