專利名稱：用于光譜設備的光束精確校準輔助裝置的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種光學儀器校準輔助裝置，特別是反射式光譜設備檢測前的光強校準。
背景技術：
目前，各類光譜設備成為各類光學性能檢測重要手段之一，這些檢測設備包含傅里葉變換光譜儀、橢偏儀等。它們都是由光源、分光設備、探測器等幾個部分構成。反射式光譜設備基本原理如圖1所示，光束經過光源和分束器之后，與被檢測樣品作用之后進入到探測器中。檢測前后光強變化為數據檢測的依據。圖1中光路2的檢測器響應與光束覆蓋圖示由圖2給出。通常情況下，入射光束光斑形狀不可能與探測器光闌完全重合，此外樣品的大小和厚度均會對入射光束光斑與探測器光闌重合度造成影響，因此需要在每次使用前進行準直，盡量保證檢測器響應相應最大化。各類檢測器響應與光束覆蓋探測器探頭面積有關，光束覆蓋檢測器上面積越大，則檢測器所響應的光強越大，測試準確度越高。而現今某些光譜設備日益趨向集成化、小型化，導致光源與檢測器之間有效距離(圖1中光路2)過短，人眼和手動校準操作時產生的準確度下降。
發明內容本專利為了解決上述技術上的不足，提供了 一種用于提高光譜檢測設備光束校準準確度輔助裝置。用于保證各種光路情況下，不改變入射光束的傳播方向，僅僅改變光束傳播的光程。本專利的技術解決方案如下:光譜檢測設備精密校準輔助裝置，包含第一高度調整機構，第二高度調整機構和第一水平調整機構，第二水平調整機構，一個位于水平調整機構上的反射鏡支撐裝置。特點在于其構成是:所述的第一高度調整機構和第二高度調整機構平行放置，作為整個光學裝置的支撐裝置。第一水平調整機構、第二水平調整機構采用螺母安裝在第一高度調整機構和第二高度調整機構左右兩側。第一水平調整機構、第二水平調整機構在高度調整機構上下可調，用于適應不同光路高度位置。在所述第一水平調整機構，第二水平調整機構上平行放置反射鏡支撐裝置，作為整個反射鏡組的支撐。反射鏡支撐裝置采用螺母安裝在第一水平調整機構、第二水平調整機構上，并且可沿水平調整架一維前后滑動，用于適應不同光路的水平位置。在所述光學裝置反射鏡支撐裝置上依次放置第一反射鏡，第二反射鏡，第一反射鏡轉動機構，第二反射鏡轉動機構。第一反射鏡轉動機構、第二反射鏡轉動機構分別固定于光學裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調整機構端面左右兩側。第一反射鏡、第二反射鏡分別安裝在第一反射鏡轉動機構，第二反射鏡轉動機構上，并可以在O到360度之間隨著反射鏡轉動機構改變角度。在所述第一反射鏡、第二反射鏡之間固定放置光程調節滑軌，第三反射鏡。光程調節滑軌位于第一反射鏡和第二反射鏡正中間位置，并與第一水平調整機構、第二水平調整機構平行。第三反射鏡鏡面垂直于光程調節滑軌放置，并可沿光程調節滑軌一維前后滑動。所述第一反射鏡、第二反射鏡、第三反射鏡組成V形折疊光路，用于保證出射光束與入射光束的傳播方向一致，且光束傳播的光程可調。利用上述的光譜設備光路精確校準輔助裝置對光譜設備校準，包括下列步驟:①調整光學裝置高度位置:調整所述的第一水平調整機構、第二水平調整機構在第一高度調整機構和第二高度調整機構上的高度，保證入射光束和第一反射鏡的中心位置
高度一致。②調整光學裝置水平位置:調整所述光學裝置反射鏡支撐裝置在第一水平調整機構、第二水平調整機構上的水平位置，保證入射光束和第一反射鏡的水平中心位置一致。③通過調整第三反射鏡在光程調節滑軌上的位置，獲得所需的光程。④通過轉動所述第一反射鏡角度調整機構，保證入射光束正對第一反射鏡正中心位置，同時確保在第一反射鏡上的反射光線正對第三反射鏡正中心位置。轉動第二反射鏡角度調整機構，確保在第二反射鏡上的出射光線與入射光束方向一致。本專利的技術效果:本專利提出了一種解決現有光譜設備光程過短，導致光束在和探測器準直的過程調準過程準確度低的問題。假設在設備所能達到最理想狀態下，現有光束光斑與探測器探頭重合度存在0.1mm的偏差，而某些光譜設備的樣品位置到探測器探頭之間為15-20cm距離，經過計算，在手動調整端可容忍偏離將會是在0.2_。如果采用本專利的裝置校準，調整第三反射鏡在光程調節滑軌上的位置，使得樣品位置到探測器探頭之間光程距離為100cm，在手動調整端可容忍偏離將會放大到1mm。

圖1是反射式光譜檢測設備基本原理圖。圖2是檢測器響應與光束覆蓋示意圖。圖3是反射式光譜檢測設備光束校準裝置本專利實施例1的結構示意圖。圖4是橢偏設備上光束校準裝置本專利實施例2的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實例和附圖對本專利做進一步的說明，但是不應以此限制本專利的保護范圍。先請參閱圖3，圖3反射式光譜設備光束校準裝置是本專利的結構示意圖。由圖3可見，本專利反射式光譜檢測設備光束校準裝置，包含第一高度調整機構I，第二高度調整機構2和第一水平調整機構10，第二水平調整機構11，一個位于水平調整架上的反射鏡支撐裝置9。其構成是:所述的第一高度調整機構I和第二高度調整機構2平行放置，作為整個光學裝置的支撐。第一水平調整機構10、第二水平調整機構11采用螺母固定在第一高度調整機構I和第二高度調整機構2左右。第一水平調整機構10、第二水平調整機構11在第一高度調整機構1、第二高度調整機構2上下位置可調，用于適應不同光路高度位置。反射鏡支撐裝置9采用螺母固定在水平調整機構10，11上，并可以在水平調整機構10，11所處平面上一維直線移動。在所述光學裝置反射鏡支撐裝置9上依次放置第一反射鏡3，第二反射鏡5，第一反射鏡轉動機構6，第二反射鏡轉動機構7。第一反射鏡轉動機構6、第二反射鏡轉動機構7分別固定于光學裝置反射鏡支撐裝置靠近第一高度調整機構I端面左右兩側。第一反射鏡
3、第二反射鏡5分別安裝在第一反射鏡轉動機構6，第二反射鏡轉動機構7上，并可以在O到360角度之間旋轉。在所述第一反射鏡3、第二反射鏡5之間固定放置光程調節滑軌8，第三反射鏡4。光程調節滑軌8位于第一反射鏡3和第二反射鏡4正中間位置，并與第一水平調整架13、第二水平調整架14平行，構成V形對稱結構折疊光路(見虛線框)。第三反射鏡4鏡面垂直于光程調節滑軌8放置，并可沿光程調節滑軌8 一維前后位置滑動。入射光束12入射到第一反射鏡3上，調整第一反射鏡3在第一反射鏡轉動機構6上的角度，保證第一反射鏡3上的出射光束13正對第三反射鏡4的正中心位置。調整第二反射鏡5在第一反射鏡轉動機構7上的角度，保證第三反射鏡4上的出射光束14經第二反射鏡5反射后,反射光15與入射光束10方向一致。請參閱圖4，圖4是本專利實施例3的結構示意圖，是用于反射光譜型橢偏儀光路校準裝置的結構示意圖。圖4中12為橢偏儀光源，采用疝燈光源可輸出光譜范圍為300nm到2500nm，14為橢偏儀探測器。橢偏儀光源發出光束15經過樣品13表面反射后,產生反射光光束16。圖4中，第一反射鏡3、第二反射鏡5、第三反射鏡4對光譜范圍300nm到2500nm的光束高反射，可采用鍍制金屬銀薄膜來實現。調節第一水平調整機構10，第二水平調整機構11在第一高度調整機構I和第二高度調整機構2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調節反射鏡支撐裝置9在第一水平調整機構10，第二水平調整機構11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16 —致，此時反射光束16正對第一反射鏡3中心位置入射。調節第三反射鏡4在光程調節滑軌8上的位置，獲得相應光程。轉動第一反射鏡3在第一反射鏡轉動機構6的角度，使得反射光17正對第三反射鏡4中心位置入射。光束18入射到第二反射鏡5上，轉動第二反射鏡5在第二反射鏡轉動機構7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。該實施例測試待測樣品為氧化硅單層薄膜，樣品采用電子束蒸發鍍制，制備的薄膜厚度為800nm左右，沉積速率為2nm/s。使用過程:下面具體描述該校準裝置的實際使用過程。首先把待測樣品放置在橢偏儀自帶的樣品臺13上，該樣品臺13可以進行俯仰調節。通過計算機控制橢偏儀光源12輸出500nm波長的校準光束15，光束15作用到樣品上，獲得反射光光束16。在沒有增加光譜檢測設備光束校準裝置的情況下，反射光16將直接進入到探測器14中。此時可手動調整樣品臺13的俯仰角度來調節反射光束16與探測器14光斑重合度。探測器相應光強為最大時，代表反射光束16進入到探測器內部光斑最大，此時的反射光束16從樣品表面到探測器的光程大約為20cm。計算機上讀取相應探測器感應光強大小為4.12。在樣品臺13和探測器14之間增加光譜檢測設備光束校準輔助裝置。調節第一水平調整機構10，第二水平調整機構11在第一高度調整機構I和第二高度調整機構2上的高度位置，使得第一反射鏡3高度位置與反射光束16 —致。調節反射鏡支撐裝置9在第一水平調整機構10，第二水平調整機構11上的位置，使得第一反射鏡3水平位置與反射光束16一致，此時反射光束16正對第一反射鏡3中心位置入射。調節第三反射鏡4在光程調節滑軌8上的位置，使得第三反射鏡4與第一反射鏡3距離為50cm，獲得光程大約為100cm。轉動第一反射鏡3的角度在第一反射鏡轉動機構6的角度，使得反射光17正對第三反射鏡4中心位置入射，轉動第二反射鏡5的角度在第二反射鏡轉動機構7上的角度，使得出射光束19與入射光束16的方向一致。此時反射光束19將沿用入射光束16方向進入到探測器中。手動調節樣品臺13的俯仰位置，保證探測器上相應光強達到最大，即反射光束19光斑與到探測器14內部重合度最大，此時計算機上讀取相應光強為4.38。校準完成后，取下光譜檢測設備光束校準裝置，開始進行相應的橢偏測量。校準結果:通過采用光譜檢測設備光束校準裝置，使得反射光16到探測器14之間實際光程從20-30cm左右提高到100cm。在手工調節的樣品臺13俯仰位置校準時，可容忍的調整偏差將會放大5倍，獲得光強提升8%左右。通過調節第三反射鏡4在光程調節滑軌8上的位置可以進一步放大可容忍調整偏差，達到進一步精確校準的目的。
權利要求1.一種用于光譜設備光束精確校準的輔助裝置，包括第一豎直方向調節機構(I)，第二豎直方向調節機構(2)，第一水平調整機構(10)，第二水平調整機構(11)和用于放置整個反射鏡光路元件和滑軌的反射鏡支撐裝置(9)，其特征在于: 在所述第一豎直方向調節機構(I)和第二豎直方向調節機構(2 )上垂直放置第一水平調節機構(10)和第二水平調節機構(11 )，其上下高度位置可調，以滿足不同光路高度位置調整的需要； 在所述第一水平調節機構(10)和第二水平調節機構(11)上放置所述反射鏡支撐裝置(9),所述反射鏡支撐裝置(9)在第一水平調節機構(10)和第二水平調節機構(11)上水平位置可調，以滿足不同光路水平位置調整需要； 在所述反射鏡支撐裝置(9 )上放置第三反射鏡(4 )和光程調節滑軌(8 )，用于獲得不同校準光程需要；放置第一反射鏡(3 )、第二反射鏡(5 )、第一反射鏡轉動機構(6 )、第二反射鏡轉動機構(7)，滿足不同光路入射后，不改變光束傳播方向輸出。
2.根據權利要求1所述的用于光譜設備光束精確校準的輔助裝置，其特征在于:所述第一反射鏡(3)、第二反射鏡(5)為角度可旋轉反射鏡。
3.根據權利要求1所述的用于光譜設備光束精確校準的輔助裝置，其特征在于:所述3個反射鏡(3，4，5)位置為V型對稱結構設計，組成光束調整機構，滿足不改變光束傳播方向的輸出。
4.根據權利要求1所述的用于光譜設備光束精確校準的輔助裝置，其特征在于:所述第三反射鏡(4)具有沿光程調節滑軌(8) —維方向移動的機構，滿足光程可變需要。
專利摘要本專利公開了一種用于光譜設備光束精確校準的輔助裝置，它由一個能適應多種光路的空間調整機構和反射鏡支撐裝置組成空間位置調整機構，由兩塊可旋轉角度反射鏡和一塊可變光程固定角度反射鏡組成V型光路調整機構。該裝置能保證不改變原光路傳播方向，增加樣品表面反射光到達探測器之間的光程，從而提高光譜設備光路校準的準確度。
文檔編號G01N21/25GK203053853SQ201220652379
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者周明, 劉定權, 蔡清元, 張莉 申請人:中國科學院上海技術物理研究所