2023-02-16 09:14:19, 韵翔光电 江阴韵翔光电技术有限公司
图 1:光腔衰荡光谱法测量谐振腔的强度衰减率,与仅测量绝对强度值的技术相比,它具有更高的测量精度
腔内激光脉冲强度(I)描述为:
I0是激光脉冲的初始强度,τ是透射、吸收、散射导致的腔镜总损耗,t是时间,c是光速,L是光腔的长度。
CRDS中确定的值是整个光腔的损耗。因此,要确定一个反射镜的损耗,需要进行多次测试。使用两个参考镜进行初始测量(A),然后再进行两次测量:一次使用测试镜(B)替换第一个参考镜,另一次使用测试镜(C)替换另一个参考镜。这三个测量值用于确定测试镜的损耗。
M1和M2是两个参考镜的损耗,M3是测试镜的损耗。光腔中的空气损耗被认为是可以忽略的。CRDS是表征反射激光光学性能的理想技术,因为它更容易准确测量少量损耗,而不是较大的反射率(表1)。镀有增透膜的透射元件也可以测试,方法是将其插入谐振腔并测量相应损耗增加。CRDS必须在洁净的环境中小心进行,因为反射镜上或光腔内部的任何污染都会影响损耗测量。
表 1: 通过 ±0.1% 的不确定性直接测量反射镜反射率的灵敏度比通过 ±10% 的不确定性测量反射镜的损耗高两个量级。这说明高反射率反射镜的损耗测量要比反射率测量准确得多
原子力显微镜(AFM)是为表面形貌提供原子分辨率的技术(图 2)。使用极小且尖锐的探针在样本表面进行扫描,生成表面三维重建。探针附着在一个矩形或三角形的悬臂上,悬臂与显微镜头的其余部分相连。悬臂的运动由压电陶瓷控制,保证了悬臂在亚纳米级分辨率下的三维定位。
在激光光学中,AFM 主要用于计算光学元件的表面粗糙度,由于粗糙度通常是散射的主要来源,因此它可能会显著影响激光光学系统的性能。AFM 可以提供精确到几埃的表面三维图。
图 2: 使用原子力显微镜捕获光栅的形貌图
图 3:原子力显微镜轻敲模式工作原理图
探针的形状和组成对AFM的空间分辨率发挥关键作用,应根据需要扫描的样本进行选择。针尖越小、越尖锐,横向分辨率越高。不过,与大针尖相比,小针尖的扫描时间更长,成本更高。
对针尖与表面距离的控制决定了AFM系统的垂直分辨率。机械和电气噪声限制垂直分辨率,因为无法解析小于噪声水平的表面特征。针尖与样本之间的相对位置也对AFM组件由于热变化而膨胀或收缩敏感。
AFM是一项耗时的计量技术,主要用于流程验证和监控。通过这项技术测量一小片面积约为100μm x 100μm的样本表面,以提供具有显著统计学意义的整个制造流程的代表。
图 4: 使用 DIC 捕获激光有道损伤的图像显微镜
图 5: 典型的DIC显微镜装置,其中通过渥拉斯顿棱镜将输入光束分成两种偏振态
干涉仪利用干涉测量小位移、表面不规则性和折射率变化。它们可以测量表面不规则<λ/20,并且可以给平面镜、球面透镜、非球面透镜和其它光学器件提供认证。
当多个光波叠加在一起形成一个新的图案时,就会形成干涉。要形成干涉,多个光波必须在相位上是相干的,并且具有非正交偏振态。如果波谷或低点对齐,就会导致相长干涉,并提高它们的强度;如果一个光波的波谷与另一个光波的波峰对齐,就会导致相消干涉,并相互抵消(图6)。
图 6: 相长干涉(左)和相消干涉(右)图解,在干涉测量法确定表面图形
图 7: 干涉仪的样本图像,显示测试和参考光束进行相长干涉的明亮区域和进行相消干涉的暗环(左),以及测试光学元件的三维重建结果(右)
图 8: 各种常见的干涉仪配置
Shack-Hartmann波前传感器(SHWFS)测量具有高动态范围和精度的光学元件或系统的透射和反射波前误差。SHWFS由于易于使用、响应速度快、成本相对较低以及能够处理非相干光源而变得非常流行。
光波的波前是光波在其上具有恒定相位的表面。波前垂直于传播方向,因此准直光具有平面波前,汇聚或发散光具有弯曲波前(图9)。光学元件中的畸变会导致波前误差,或透射或反射波前畸变。通过分析透射和反射波前误差,可以确定光学元件的像差和性能。
图 9: 完全准直的光具有平面波前,在完美的无像差透镜后发散或汇聚的光将具有球形波前
图 10: 进入SHWFS的光中出现的任何波前误差都会导致探测器阵列上的聚焦点位置位移
与干涉测量法相比,SHWFS的一个优点是动态范围基本上与波长无关,因此更加灵活。不过,SHWFS的动态范围受分配给每个微透镜的探测器扇区限制。每个微透镜的焦点应至少覆盖其各自扇区上的10个像素才能实现精确重建波前。焦点覆盖的探测器面积越大,SHWFS的灵敏度就越高,不过需要将其与更短的动态范围进行权衡。一般情况下,微透镜的焦点不应超过指定探测器扇区的一半;这保证了灵敏度和动态范围之间的合理折衷。
提高阵列中的微透镜数量可以实现空间分辨率提高、微透镜光圈的波前斜率平均性降低,不过,分配给每个微透镜的像素会更少。较大的微透镜可以更灵敏、更精确地测量缓慢变化的波前,但可能无法对复杂的波前进行足够的采样,构建波前信息要通过人为拟合实现。
图11: 使用分光光度计捕获的TECHSPEC®准分子激光镜样本反射率光谱
图12: 分光光度计的测试波长可以通过调整单色仪中衍射光栅或棱镜的角度进行微调
光源必须非常稳定,并且在各种波长范围内具有足够的强度,以防止误读。钨卤素灯是分光光度计最常用的光源之一,具有使用寿命长、亮度恒定等优点。
单色仪狭缝宽度越小,分光光度计的光谱分辨率越高。但是,减小狭缝宽度也会降低透射功率,并且可能增加读数获取时间和噪声量。
光光度计中使用的探测器种类繁多,不同的探测器更适合不同的波长范围。光电倍增管(PMT)和半导体光电二极管是常用的紫外、可见光和红外探测器。PMT利用光电表面实现其他探测器类型无法实现的灵敏度。光入射到光电表面时,光电子被释放出来,并继续释放其他二次电子,从而产生高增益。PMT的高灵敏度适用于需要低强度光源或高精度光源的情况。雪崩光电二极管等半导体光电二极管是较便宜的PMT替代品;不过,与PMT相比,它们的噪声更多、灵敏度更低。
虽然大多数分光光度计是为紫外线、可见光或红外光谱设计的,但一些分光光度计用于要求更加严苛的光谱区域,如波长在10-100nm的极紫外(EUV)光谱。EU分光光度计通常使用具有极小光栅间距的衍射光栅来有效地分散入射EUV辐射。
04-28
天隆产品说丨天隆方案为动物健康保驾护航04-27
世界兽医日 | 与他们共同守护动物健康04-27
新征程,新起点|科瑞恩特(北京)科技有限公司迁址公告及五一劳动节放假安排04-26 Create
最新|2024科瑞恩特携手瑞孚迪(原PE)共赴Create生命科学新征程04-26 Create
免费下载 | 新一代测序(NGS)零基础?看这篇就够了!04-26
对话培训班用户 洞察行业需求 | 纽迈如何通过“用户洞察”驱动“产品创新”?04-26 纽迈分析
【文献解读】东华大学:武培怡/孙胜童团队《Nat. Commun.》:自愈型纳米网络弹性材料增韧人工离子皮肤04-26 纽迈分析
东华大学武培怡/刘艳军团队新发现 →树木中反直觉的水传输过程 ...04-26 化学与材料科学
卓悦榜丨艾捷博雅荣膺“年度IVD与生命科学最佳企业”奖项04-26
建设国际一流医疗器械产业链、供应链体系!深圳与通用电气医疗签署战略协议04-26
一“触”即发,pick你中意的那个它!04-26 益世科生物
实验室“老友”记——助力胚胎培养的小能手!04-26
反相色谱多肽分离系统研究第四部分 表征流动相的选择性04-26 阎作伟 编译
世界知识产权日|以创新成果引领健康未来04-26
邀请函 | 揭秘多孔介质的秘密:TESCAN在InterPore202404-26 TESCAN中国
BCA蛋白定量小包装来啦~ 还有实用干货奉上04-26 赛默飞生命科学
【反射颜色测量】典型配置、硬件说明、软件操作04-26
“生命科学进校园”科普公益项目启新程,启迪青少年创新思维04-25
沃特世推出全新GTxResolve Premier SEC色谱柱,加速基因治疗药物开发04-25 沃特世