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对于显微角分辨光谱测量系统中各个光学器件作用的分析
点击次数:1394 发布时间:2018/9/11 10:01:57

  对于显微角分辨光谱测量系统中各个光学器件作用的分析
  
  为了理解微区光谱的实现方法,这里对显微镜中一些重要的平面展开讨论。显微镜中存在着一组重要的共轭面,包括了样品平面、视场光阑平面和图像平面。这三个共轭面的作用分别如下:
  
  显微角分辨光谱测量样品平面:一般来说显微镜的物镜具有固定的工作距离,处于工作距离上的平面即样品平面,只有当样品处于样品平面时,显微镜才能成清晰的图像;
  
  显微角分辨光谱测量视场光阑平面:视场光阑平面处于显微镜的入射光路,在此位置上会加载一个孔径可调的光阑,以控制照射到样品上的光斑大小;
  
  图像平面:图像平面处于显微镜的出射光路,在此位置上的CCD相机用于图像的实时采集。
  
  在微区光谱系统中存在诸多光学元器件,每一个光学元器件的光学性能都会影响整个系统的性能。因此,在微区光谱系统的设计之中,需要对每个器件进行选择。这里讨论一些重要的光学器件:
  
  1)照明光源
  
  显微镜中通常使用卤素灯作为照明光源。卤素灯属于黑体辐射光源,其能量分布具有峰值波长,在峰值波长的两侧光谱强度会快速衰减,在短波长波段尤其如此。另外,显微镜中的卤素灯泡色温普遍不高,最大辐射能量的波长通常在可见光范围,这使得短波段(紫外)和长波段(红外)的辐射光谱能量较少,导致信噪比较差。
  
  为了获取更加宽泛的微区光谱测试区域,可以选择高压氙灯作为照明光源。高压氙灯属于等离子体放电发光,能够提供紫外至近红外波段均匀的光谱辐射。因此,为了拓宽微区光谱测量系统的光谱测量波段,通常使用高压氙灯作为照射光源。
  
  2)分束器
  
  显微镜中的分束器起到了分离入射光路和出射光路的作用。高效率的分束器通常采用干涉型滤光片制作。每种分束器都具有特定的适用波段,在适用波段之外分束效率将显著下降。普通显微镜的设计是针对可见光波段的,因此内部典型的分束器适用波段为400~700nm。一般来说,用于替换原显微镜内分束器的光谱测量专用分束器具有三种波段,第一种针对紫外波段设计,通常为250~450nm,第二种针对可见至近红外波段设计,通常为350~1100nm,第三种针对近红外波段设计,通常为900~2600nm。为了将微区光谱系统的适用波段拓展,必须在微区光谱系统中设计切换器件,以选择不同的分束器。
  
  3)物镜
  
  物镜是显微镜中十分关键的光学器件,决定了微区光谱系统的空间分辨能力。普通显微镜物镜的设计波段一般为400~700nm,一些荧光物镜的波段可以延展至350~1100nm。在近红外波段,为了实现微区光谱测量,则必须使用一种采用反射式光路的特殊物镜。一般来说,由于反射光路没有色散,因此反射式物镜的适用波段可以从紫外覆盖至中红外波段,例如典型的200nm~20μm。
  
  4)光谱仪
  
  在微区光谱系统中由于采用光纤作为图像平面的光谱收集器件,因此作为光谱分析的设备也会采用光纤输入的光纤光谱仪。光谱仪的选择主要考虑两个因素,一个是波段,另一个是灵敏度。