單根一維納米材料散射光譜的顯微成像測量方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單根一維納米材料散射光譜的顯微成像測量方法及裝置，屬于微 納光子技術領域。
【背景技術】
[0002] -維納米材料包括納米線、納米管等。這類材料不僅具有常規(guī)納米材料所具有的 表面效應、量子尺寸效應和小尺寸效應等特性，而且還具有獨特的光學性質(zhì)、機械和熱穩(wěn)定 性、導光和導電性以及光電導和場發(fā)射效應等，因而應用前景廣泛。一維納米材料的光學、 電學性質(zhì)與材料具體的形狀、結(jié)構和尺寸密切相關。準確地表征單根一維納米材料的結(jié)構 和物理屬性，是人工"裁剪"納米材料性能的基礎，更是設計高性能納米光電子器件的前提。 在眾多一維納米材料的表征方法中，光譜分析技術無疑是最直接、有效的一類。以瑞利散 射、拉曼散射、吸收光譜為代表的光譜分析技術，已被廣泛用于碳納米管、半導體納米線的 物性表征。
[0003]目前，主要通過共聚焦顯微裝置實現(xiàn)一維納米材料散射光譜的探測，例如，公開號 為CN102053101A的專利中，利用共聚焦顯微裝置測量半導體納米線的熒光光譜。然而，共 聚焦顯微裝置僅使用一個物鏡激發(fā)樣品并收集散射光信號，在測量時容易受到強的背景光 的影響，降低探測信號的襯比度，而且對探測光路的調(diào)節(jié)要求較高。為了克服上述方法的 不足，本發(fā)明提出在探測光路中引入一個由成一定夾角的兩個顯微物鏡構成的顯微成像裝 置，通過調(diào)整兩個物鏡的夾角，使得直透背景光在空間耗散掉，只收集微弱的散射光信號進 行探測和成像，從而提高信號探測的襯比度和分辨率。當用超連續(xù)譜激光器作光源時，由于 其輸出的超連續(xù)譜激光束具有很高的亮度和一定的相干性，可以通過顯微物鏡會聚到接近 衍射極限尺度，因而可以大大提高激發(fā)光的功率密度和信號光的強度。同時，微米尺度的聚 焦光斑可以確保聚焦光束落到單根一維納米材料上，既便于實現(xiàn)單根一維納米材料散射 光譜的探測，又便于確定其位置。
[0004] 傅里葉變換光譜儀是一種寬光譜范圍和高靈敏度的光譜測量裝置，其巧妙地利用 了某種干涉分光裝置將待測光信號一分為二，使之經(jīng)過不同的時間延遲后再次重合而發(fā)生 干涉，通過測量兩束光在不同光程差時的疊加光強度I(L)及兩光波無干涉時的強度之和 '并對兩者之差作快速傅里葉變換，便可以解調(diào)出待測光信號的光譜分布函數(shù)i(u)，即
[0005]
[0006] 式中u= 1/λ為光波場的空間頻率，L為兩光波光程差。不同于傳統(tǒng)的色散型光 譜儀需要將信號光通過狹縫進行橫向空間限制，傅里葉變換光譜儀直接將信號光無空間限 制地引到探測器上，因此具有高光通量的優(yōu)點；其次，傅里葉變換光譜儀有一路內(nèi)置激光光 路作為參考，用來定標光程差信息，大大提高了光譜儀的可靠性和測量精度；再次，傅里葉 變換光譜儀的信噪比（SNR)正比于對測量樣品掃描次數(shù)Ν的平方根，即SNR〇cΝ1/2,因此， 掃描次數(shù)越多，所獲得信號光光譜數(shù)據(jù)的信噪比越高。此外，對于時間調(diào)制型傅里葉變換光 譜儀，其光譜分辨率（Res.)正比于干涉儀動鏡移動的最長有效距離所引入的最大光程差L_，即Res. 〇cl/L_，因此，可以通過增大最大光程差來滿足所需要的測量精度。高性能的 時間調(diào)制型傅里葉變換光譜儀的動鏡可以移動很長的距離，因而可以獲得極高的光譜分辨 率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 要解決的技術問題
[0008] 為了實現(xiàn)對單根一維納米材料散射光譜的有效探測，本發(fā)明提出一種單根一維納 米材料散射光譜的顯微成像測量方法及裝置。
[0009] 技術方案
[0010] -種單根一維納米材料散射光譜的顯微成像測量方法，其特征在于步驟如下：
[0011] 步驟1:在基于邁克耳孫干涉儀的測量光路中引入一個由雙顯微物鏡構成的顯微 成像裝置，收集來自單根一維納米材料的微弱散射光信號進行成像和探測；
[0012] 步驟2 :顯微成像裝置輸出的散射光由電荷耦合器件（CCD)接收，得到散射光的強 度分布圖像；
[0013] 步驟3 :觀察散射光的強度分布圖像，調(diào)節(jié)待測樣品的位置，將會聚光投射到單根 一維納米材料上，根據(jù)調(diào)節(jié)變化量可以確定單根一維納米材料的位置；
[0014] 步驟4:顯微成像裝置輸出的散射光由光電探測器接收，進而利用傅里葉變換光 譜技術獲得單根一維納米材料的散射光譜。
[0015] 一種實現(xiàn)所述單根一維納米材料散射光譜的顯微成像測量方法的裝置，其特征在 于包括第一激光器1、第二激光器2、邁克耳孫干涉儀3、反射鏡4、第一探測器5、顯微成像裝 置6、凸透鏡7和第二探測器8 ;第一激光器1輸出的探測光和第二激光器2輸出的參考光 同時進入邁克耳孫干涉儀3,邁克耳孫干涉儀3輸出的參考光經(jīng)過反射鏡4到達第一探測 器5,邁克耳孫干涉儀3輸出的探測光依次經(jīng)過顯微成像裝置6、凸透鏡7到達第二探測器 8。所述邁克耳孫干涉儀3包括分光棱鏡9、可移動直角反射鏡10和固定直角反射鏡11，可 移動直角反射鏡10和固定直角反射鏡11分別位于分光棱鏡9的反射光和透射光一側(cè)。所 述顯微成像裝置6包括凹透鏡12、第一長工作距離顯微物鏡13、待測樣品14、三維位移平 臺15和第二長工作距離顯微物鏡16,沿著入射光的軸向依次排列；待測樣品14安放在三 維位移平臺15上，通過調(diào)節(jié)三維位移平臺15使待測樣品14位于第一長工作距離顯微物鏡 13的焦點位置處；長工作距離顯微物鏡13和16的放大倍數(shù)均為20倍，兩個物鏡之間的夾 角通過優(yōu)化，確保入射探測光的直透分量在自由空間耗散掉，只有待測樣品14的散射光被 第二長工作距離顯微物鏡16收集。
[0016] 所述第一激光器1、第二激光器2、邁克耳孫干涉儀3、反射鏡4、第一探測器5、凸透 鏡7和第二探測器8構成傅里葉變換光譜儀。
[0017] 所述第一激光器1為寬帶激光器，包括超連續(xù)譜激光器；第二激光器2為穩(wěn)頻激光 器，包括氦氖激光器、氬離子激光器或半導體激光器。
[0018] 所述第一探測器5為光電二極管，第二探測器8為電荷耦合器件（CXD)或光電二 極管。
[0019] 有益效果
[0020] 本發(fā)明提出一種單根一維納米材料散射光譜的顯微成像測量方法及裝置，可用于 測量單根一維納米材料的散射光譜，同時確定單根一維納米材料的位置，具有高分辨率、高 靈敏度和高信噪比的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；圖中，1-第一激光器，2-第二激