产品推荐丨微区反射光谱测量系统

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传统测量样品反射率的反射光纤探头光斑直径最小仅能达到1-2mm左右，光斑直径限制了样品的大小以及光谱空间分辨率，而若要获得样品更微小的尺度的光谱信息，通常的做法是与显微系统连用。微区反射光谱测量系统即是将光谱分析技术与显微光路结合，可在微米级尺度上采集样品的光谱信息，广泛应用于物理、化学、生物等行业材料光谱性能研究。

微区反射光谱测量系统

本系统采用光纤共焦照明方式，与传统的科勒式照明相比，共焦照明方式可获得更小的采样直径，即具有更高的空间光谱分辨率。如图所示，光源经由光纤接入显微系统，通过显微物镜将光斑大小压缩至微米级别并汇聚在样品平面，样品产生的反射光经由显微系统汇聚在接收光纤端面处，发射光纤端面、接收光纤端面、成像相机平面以及样品平面四面属于共轭关系，从而使得可以实现高精度原位光谱测量。

微区反射测量系统原理示意图

此外，系统中所用到的微区反射率转接模块中预留一光谱通道，此通道可支持在反射率光谱基础上拓展添加透射率测量、拉曼光谱测量或荧光光谱测量功能，实现多光谱综合测量。

原理：

如图所示：当一束光入射到样品表面上时，一部分光在薄膜表面以θ₁角产生反射，形成反射光1，另一部分光发生折射，折射角θ₂，折射光在基底表面再次产生反射，反射光在空气与薄膜界面发生折射，以θ₁角度出射，形成反射光2，反射光1与反射光2发生干涉。两种光束发生干涉的条件为：

式中n₁为空气折射率，n₂为待测薄膜折射率，d为薄膜厚度，当两束反射光束的光程差相差波长的整数倍时，两束光束相位相同，此时发生干涉相长与相消，分别对应反射率光谱的波峰与波谷。

薄膜干涉原理示意图

当采用微区显微方式采集样品反射率光谱时，入射角与折射角θ₁、θ₂趋近于0，空气折射率n₁=1.003。假设反射谱曲线上一对相邻的波峰与波谷对应的波长为λ₁和λ₂，且λ₁<λ₂。因此，可得：

2n₂d=kλ₁  

2n₂d=(k-1/2)λ₂

消去式中k，可得：

实际应用中，从反射率光谱上可得到多组波峰和波谷的对应的波长，计算出多个膜厚值，求得厚度的平均值以减小误差。

受干涉影响的反射率光谱

测试实例：

如图所示，为采用如海光电微区反射系统测得的一薄膜样品反射率光谱。

如海微区反射系统测量的样品反射率光谱

从图中可以观察到明显的干涉条纹，利用上文所述方法可计算得出该薄膜的厚度约为12.9μm。

反射率高光谱成像技术是光谱技术与图像技术的结合，它可以同时获得样品二维空间的光谱分布信息。

光源通过显微系统后，采样点直径最小可达到30μm左右，如图所示，通过提前设置扫描区域的大小以及横纵方向的采集点数（m，n），将待测样品分割为m×n个矩形小方格，自动移动平台以固定的步进运动，依次运行到目标方格处后采集该点的光谱信息，采集完成后选取对应的光谱特征点，以该点重构样品的光谱mapping图，因此采集前预设的采样点数越密集，则mapping图像的还原度就越高。

微区反射率高光谱采集原理与实测图

如海光电微区反射系统可实现微米级样品光谱性能检测，具有高空间分辨率、高灵敏度、高精度、高适配性、宽光谱检测范围等优点，此外通过灵活搭配不同的模块可同时实现拉曼光谱、荧光光谱、透射光谱等多光谱检测。