专利名称：变温显微磁光光谱系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光谱分析技术领域，特别是涉及半导体材料的变温显微磁光光谱系统。
背景技术：
磁场是半导体材料研究中常用的外微扰条件之一。磁场主要影响半导体中电子的状态而不影响晶格振动状态，因此半导体磁光光谱在很大程度上由电子决定。在光学实验中引入磁场等参数可以增加许多信息，这使得磁光光谱成为表征半导体材料和磁性半导体半金属材料物质性质的重要手段。
温度也是半导体材料研究中的一个非常重要的外微扰条件。通常情况下，很多磁光光谱是把样品放置在样品架上，然后把它们浸入到液氦杜瓦中来测量的。这样，同时改变磁场和样品的温度是不可能的。
随着纳米材料制备技术的进步和样品光刻技术的发展，人们越来越希望研究上述技术制备的一系列低维材料的磁光效应。但是传统的磁光光谱系统由于样品是被浸入到液氦中的，这给如何观察和定位低维材料，并对这些低维材料的特定位置进行磁光光谱测试带来一定的困难。
如何把磁场和温度这两个重要的实验参数在磁光光谱测试中有机地结合起来，以及如何在磁光光谱中定位样品的特定区域并进行高空间分辨的磁光光谱测试，是磁光光谱技术期待解决的一个重要问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变温显微磁光光谱系统，利用这套系统，可以非常方便地实现对样品进行高分辨的显微观察和定位，也能非常方便地把磁光光谱信号导入光纤并利用光谱仪进行光谱测试。利用这套系统，可同时调节样品感受到的磁场强度和样品的温度，实现可变温的显微磁光光谱测试。
本发明一种变温显微磁光光谱系统，其特征在于，该光谱系统包括一激光器，其出射激光用于激发样品的荧光光谱；一致冷机，控制样品的温度，样品放置于其致冷头中；一中心带有室温孔洞的超导磁体杜瓦，提供用于磁光光谱的磁场，致冷机放置样品的致冷头能深入超导磁体杜瓦的室温孔洞中；
一激光入射光路，把激光器的输出激光引入并聚焦到致冷头内的样品表面来激发样品的荧光光谱；一样品监视光路，使第一照明光源发出的白光通过光路中的第一监视器显微观察样品的表面图像，同时监视激光通过第一分束器和显微物镜聚焦到样品上的具体位置和聚焦情况；一信号收集光路，把样品的荧光信号通过显微物镜、第一分束器传输并会聚进多模光纤，通过多模光纤把荧光信号传输到光谱仪进行光谱测量；一光纤监视光路，通过光路中的第二监视器观察荧光信号和激光反射信号在多模光纤靠近第五分束器一侧端面的具体位置，确保样品荧光信号有效地被多模光纤收集；一光谱仪和相应的探测器，位于多模光纤的一端，用来色散和测量样品的荧光信号。
其中激光入射光路包括带通滤光片，第一分束器和具有长工作距离的显微物镜。
其中激光器出射的激光经带通滤光片滤除激光等离子线后，由第一分束器反射，然后穿过第二分束器和后由显微物镜聚焦到致冷机中致冷头里样品表面。
其中第一分束器可以换为陷波滤波器或截止滤光片。
其中样品监视光路包括第一照明光源，第二分束器，第三分束器，显微物镜，第一监视器。
其中第一照明光源发出的白光经第二分束器反射，然后穿过第三分束器后由显微物镜聚焦到致冷机中致冷头内的样品表面，反射的白光经显微物镜收集后，由第三分束器反射到第一监视器。
其中第一监视器由摄像机和显示器组成。
其中当样品监视完成后，可以把第二分束器和第三分束器移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高激光和荧光信号的通过效率。
其中信号收集光路包括具有显微物镜，第一分束器和多模光纤。
其中由样品发出的荧光信号，经过显微物镜收集后，穿过第一分束器后，由多模光纤收集。
其中光纤监视光路包括第二照明光源，第四分束器，第五分束器，第二监视器和多模光纤。
其中第二照明光源发出的白光经第四分束器反射，然后穿过第五分束器后直接照射到多模光纤表面，由多模光纤表面反射的白光经经第五分束器反射到第二监视器。
其中当光纤表面监视工作完成后，可以把第四分束器和第五分束器移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高荧光信号的通过效率。
其中第二监视器由摄像机和显示器组成。
利用本系统，可以对样品进行高分辨显微观察和定位，并把磁光信号导入到光谱仪进行光谱测试，调节磁场强度和样品温度，实现可变温的显微磁光光谱测试。本系统可应用于半导体材料和磁性半导体半金属材料的磁光光谱测试等技术中。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明如后，其中图1是变温显微磁光光谱系统的结构简图。
图2是利用此变温显微磁光光谱系统在常温下测试的砷化镓的显微光致发光光谱。
具体实施例方式
请参阅图1所示，本发明一种变温显微磁光光谱系统，该光谱系统包括
一激光器LS，其出射激光用于激发样品S的荧光光谱，该激光器LS出射的激光经带通滤光片BF滤除激光等离子线后，由第一分束器BS1反射，然后穿过第二分束器BS2和BS3后由显微物镜LNS聚焦到致冷机BT中致冷头里样品S表面，该第一分束器BS1可以换为陷波滤波器NF或截止滤光片EF；一致冷机BT，控制样品S的温度，样品S放置于其致冷头中；一中心带有室温孔洞的超导磁体杜瓦MG，提供用于磁光光谱的磁场，致冷机BT放置样品S的致冷头能深入超导磁体杜瓦MG的室温孔洞中；一激光入射光路，把激光器LS的输出激光引入并聚焦到致冷头内的样品S表面来激发样品S的荧光光谱，该激光入射光路包括带通滤光片BF，第一分束器BS1和具有长工作距离的显微物镜LNS；一样品监视光路，使第一照明光源WL1发出的白光通过光路中的第一监视器CM1显微观察样品S的表面图像，同时监视激光通过第一分束器BS1和显微物镜LNS聚焦到样品S上的具体位置和聚焦情况，该样品监视光路包括第一照明光源WL1，第二分束器BS2，第三分束器BS3，显微物镜LNS，第一监视器CM1，该第一照明光源WL1发出的白光经第二分束器BS2反射，然后穿过第三分束器BS3后由显微物镜LNS聚焦到致冷机BT中致冷头内的样品S表面，反射的白光经显微物镜LNS收集后，由第三分束器BS3反射到第一监视器CM1，该第一监视器CM1由摄像机和显示器组成；一信号收集光路，把样品S的荧光信号通过显微物镜LNS、第一分束器BS1传输并会聚进多模光纤FBR，通过多模光纤FBR把荧光信号传输到光谱仪进行光谱测量，该信号收集光路包括具有显微物镜LNS，第一分束器BS1和多模光纤FBR；一光纤监视光路，通过光路中的第二监视器CM2观察荧光信号和激光反射信号在多模光纤FBR靠近第五分束器BS5一侧端面的具体位置，确保样品S荧光信号有效地被多模光纤FBR收集，该光纤监视光路包括第二照明光源WL2，第四分束器BS4，第五分束器BS5，第二监视器CM2和多模光纤FBR，该第二照明光源WL2发出的白光经第四分束器BS4反射，然后穿过第五分束器BS5后直接照射到多模光纤FBR表面，由多模光纤FBR表面反射的白光经经第五分束器BS5反射到第二监视器CM2，该第二监视器CM2由摄像机和显示器组成；一光谱仪SP和相应的探测器DT，位于多模光纤FBR的一端，用来色散和测量样品S的荧光信号。
其中当样品S监视完成后，可以把第二分束器BS2和第三分束器BS3移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高激光和荧光信号的通过效率。
其中由样品S发出的荧光信号，经过显微物镜LNS收集后，穿过第一分束器BS1后，由多模光纤FBR收集。
其中当光纤表面监视工作完成后，可以把第四分束器BS4和第五分束器BS5移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高荧光信号的通过效率。
请再参阅图1所示，本发明一种变温显微磁光光谱系统，该光谱系统包括一激光器LS；一致冷机BT；一中心带有室温孔洞的超导磁体杜瓦MG；一激光入射光路，包含带通滤光片BF，第一分束器BS1和具有长工作距离的显微物镜LNS；一样品监视光路，包含第一照明光源WL1，第二分束器BS2，第三分束器BS3，显微物镜LNS，第一监视器CM1；一信号收集光路，包含显微物镜LNS，第一分束器BS1和多模光纤FBR；一光纤监视光路，包含第二照明光源WL2，第四分束器BS4，第五分束器BS5，第二监视器CM2和多模光纤FBR；一光谱仪SP和相应的探测器DT。
其中第一分束器BS1可以换为陷波滤波器NF或截止滤光片EF。
其中第一监视器CM1由摄像机和显示器组成。
其中第二监视器CM2由摄像机和显示器组成这套变温显微磁光光谱系统的超导磁体杜瓦MG中心有一室温孔洞，样品安置在致冷机BT的致冷机头里，而致冷机头比超导磁体杜瓦MG中心室温孔洞的直径小，使得致冷机头能伸入到超导磁体杜瓦MG中心的室温孔洞里。
为了利用激光激发样品的磁光光谱并对磁光信号进行收集，本系统设计了激光入射光路和信号收集光路。激光入射光路包括带通滤光片BF，第一分束器BS1和显微物镜LNS。由激光器出射的激光经带通滤光片BF纯化后入射到第一分束器BS1上，激光由第一分束器BS1反射后，经长工作距离显微物镜LNS聚焦到样品表面，可对样品进行显微观测。信号收集光路包括长工作距离显微物镜LNS，第一分束器BS1和多模光纤FBR。样品S经激光照射后发出的信号光由显微物镜LNS收集后，穿过第一分束器BS1，然后入射到光纤FBR，由光纤FBR收集的信号经后面的光谱仪SP分光后，由谱仪的探测器DT读出分析，得到样品的显微磁光光谱。
为了对样品和光纤进行观测，本系统设计了样品监视光路和光纤监视光路。样品监视光路包括第一照明光源WL1，第二分束器BS2，第三分束器BS3和第一监视器CM1。第一照明光源WL1发出的白光经第二分束器BS2发射后穿过第三分束器BS3，经显微物镜LNS会聚到样品SS上，散射的白光由显微物镜LNS收集后，经第三分束器BS3反射到第一监视器CM1。在第一监视器CM1的显示器上就可以对样品进行微米到亚微米级的显微观测。
光纤监视光路包括第二照明光源WL2，第四分束器BS4，第五分束器BS5和第二监视器CM2。第二照明光源WL2发出的白光经第四分束器BS4发射后穿过第五分束器BS5，照射到光纤FBR端面，从光纤FBR端面散射的白光经第五分束器BS5反射到第二监视器CM2。在第二监视器CM2的显示器上就可以观测到从样品发出的信号光是否进入光纤FBR的内芯并进行了有效的收集。
利用上面这套磁光系统，可以对样品表面进行高分辨显微观察和定位，可以对光纤表面进行观察，把从样品反射的激光信号和样品发出的荧光信号完全导入光纤并把光信号输入到光谱仪进行光谱测试。测试过程中可以调节磁场强度和样品温度，实现可变温的显微磁光光谱测试。这套系统设计简单，操作方便，磁光信号透过率高。
作为一个实例，我们在砷化镓样品S的表面开一个20微米×20微米的方形区域，用一长工作距离的50倍物镜对样品进行观察和显微分析。通过第一监视器CM1，我们能清楚地看到激光斑位于方形区域之中。再通过第二监视器CM2，能看到样品反射的信号入射到光纤FBR的内芯并进行了有效的收集。经谱仪和探测器收集获得的光谱图入图2所示。入射到样品的激光功率仅为0.2毫瓦时，在常温下我们就清楚地收集到了砷化镓的带边发光峰。
以上实例说明我们设计的这套系统结构简单和调节方便，具有对样品进行快速的高分辨显微观察和定位，同时调节样品温度和样品感受到的磁场，以及非常高的信号收集率等特点，非常有利于对低维半导体材料和磁性半导体半金属材料进行磁光光谱研究。
权利要求
1.一种变温显微磁光光谱系统，其特征在于，该光谱系统包括一激光器，其出射激光用于激发样品的荧光光谱；一致冷机，控制样品的温度，样品放置于其致冷头中；一中心带有室温孔洞的超导磁体杜瓦，提供用于磁光光谱的磁场，致冷机放置样品的致冷头能深入超导磁体杜瓦的室温孔洞中；一激光入射光路，把激光器的输出激光引入并聚焦到致冷头内的样品表面来激发样品的荧光光谱；一样品监视光路，使第一照明光源发出的白光通过光路中的第一监视器显微观察样品的表面图像，同时监视激光通过第一分束器和显微物镜聚焦到样品上的具体位置和聚焦情况；一信号收集光路，把样品的荧光信号通过显微物镜、第一分束器传输并会聚进多模光纤，通过多模光纤把荧光信号传输到光谱仪进行光谱测量；一光纤监视光路，通过光路中的第二监视器观察荧光信号和激光反射信号在多模光纤靠近第五分束器一侧端面的具体位置，确保样品荧光信号有效地被多模光纤收集；一光谱仪和相应的探测器，位于多模光纤的一端，用来色散和测量样品的荧光信号。
2.根据权利要求1所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中激光入射光路包括带通滤光片，第一分束器和具有长工作距离的显微物镜。
3.根据权利要求2所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中激光器出射的激光经带通滤光片滤除激光等离子线后，由第一分束器反射，然后穿过第二分束器和后由显微物镜聚焦到致冷机中致冷头里样品表面。
4.根据权利要求2所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中第一分束器可以换为陷波滤波器或截止滤光片。
5.根据权利要求1所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中样品监视光路包括第一照明光源，第二分束器，第三分束器，显微物镜，第一监视器。
6.根据权利要求5所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中第一照明光源发出的白光经第二分束器反射，然后穿过第三分束器后由显微物镜聚焦到致冷机中致冷头内的样品表面，反射的白光经显微物镜收集后，由第三分束器反射到第一监视器。
7.根据权利要求5所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中第一监视器由摄像机和显示器组成。
8.根据权利要求5所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中当样品监视完成后，可以把第二分束器和第三分束器移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高激光和荧光信号的通过效率。
9.根据权利要求1所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中信号收集光路包括具有显微物镜，第一分束器和多模光纤。
10.根据权利要求9所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中由样品发出的荧光信号，经过显微物镜收集后，穿过第一分束器后，由多模光纤收集。
11.根据权利要求1所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中光纤监视光路包括第二照明光源，第四分束器，第五分束器，第二监视器和多模光纤。
12.根据权利要求11所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中第二照明光源发出的白光经第四分束器反射，然后穿过第五分束器后直接照射到多模光纤表面，由多模光纤表面反射的白光经经第五分束器反射到第二监视器。
13.根据权利要求11所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中当光纤表面监视工作完成后，可以把第四分束器和第五分束器移走，这样既不影响该系统的其他功能，也提高荧光信号的通过效率。
14.根据权利要求11所述的变温显微磁光光谱系统，其特征在于，其中第二监视器由摄像机和显示器组成。
全文摘要
一种变温显微磁光光谱系统，包括一激光器；一致冷机控制样品的温度；一中心带有室温孔洞的超导磁体杜瓦提供用于磁光光谱的磁场；一激光入射光路把激光器的输出激光引入并聚焦到致冷头内的样品表面来激发样品的荧光光谱；一样品监视光路监视激光通过第一分束器和显微物镜聚焦到样品上的具体位置和聚焦情况；一信号收集光路通过多模光纤把荧光信号传输到光谱仪进行光谱测量；一光纤监视光路观察荧光信号和激光反射信号的具体位置，确保样品荧光信号有效地被多模光纤收集；一光谱仪和相应的探测器，位于多模光纤的一端，用来色散和测量样品的荧光信号。
文档编号G01N27/00GK101059437SQ200610011749
公开日2007年10月24日 申请日期2006年4月19日 优先权日2006年4月19日
发明者谭平恒, 郑厚植, 李桂荣, 章昊, 姬杨, 甘华东, 朱汇 申请人:中国科学院半导体研究所