專利名稱：同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步輻射紅外顯微領(lǐng)域，特別是涉及一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置。
背景技術(shù)：
在同步輻射紅外顯微光束線站上，由于同步輻射所發(fā)出的紅外光束的發(fā)射角小， 且引出過程中要經(jīng)過多個光學(xué)元件，需要在幾米的傳輸距離中引入傅立葉變換光譜儀，然后再引入紅外顯微鏡。紅外顯微鏡一般采用全反射式的施瓦茲希爾德(Schwarzschild) 物鏡，這種物鏡的特點要求，入射的光束必須符合入射孔徑，若入射光束尺寸太大，則會有光子無法入射到凸球面鏡而損失；若入射光束的尺寸太小，則會有很大一部分光束雖能入射到凸球面鏡但不能入射到凹球面鏡而損失，甚至?xí)菇裹c處沒有光子到達。而不同放大倍數(shù)的紅外顯微物鏡的入射孔徑有很大差別。當(dāng)采用傳統(tǒng)的紅外光源時，由于其發(fā)射角大光源面積大，就不存在光束匹配問題；而采用同步輻射紅外光束作為光源時，由于其發(fā)射角小，如果不進行嚴(yán)格匹配則會出現(xiàn)上面的問題。另外同步輻射紅外光束的發(fā)射角隨波長不同而不同，因此，對光束尺寸的要求還隨實驗所感興趣的波段有關(guān)系。目前國際上同步輻射紅外顯微光束線站上通用的數(shù)值孔徑匹配裝置是采用一 90 度離軸拋物面鏡和一平面鏡組成，其中90度離軸拋物面鏡的焦距與前置聚焦鏡的焦距之比決定了光束尺寸的放大率，平面鏡用于調(diào)節(jié)光束的出射位置和方向。在現(xiàn)有的數(shù)值孔徑匹配裝置中，通過更換不同焦距的90度離軸拋物面鏡，并整體改變離軸拋物面鏡和平面鏡的位置以適應(yīng)離軸拋物面鏡的焦距變化，從而改變光束尺寸的放大率，進而實現(xiàn)調(diào)節(jié)光束尺寸的目的。但是由于所更換的離軸拋物面鏡的焦距是離散值，因此只能根據(jù)所更換的離軸拋物面鏡的焦距獲得幾個固定尺寸的光束，而無法得到尺寸連續(xù)可調(diào)的光束，并且由于這些光學(xué)元件是安裝在真空環(huán)境內(nèi)的，因此更換光學(xué)元件并改變位置的操作比較麻煩，浪費人力和時間。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，為紅外顯微鏡提供光束尺寸在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的同步輻射紅外光束，操作簡單，節(jié)省人力工時?；谏鲜瞿康?，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，包括相對設(shè)置的第一和第二離軸拋物面鏡，兩者具有重合的焦點和重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸，入射光束平行于該旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡上并依次經(jīng)過第一和第二離軸拋物面鏡反射得到出射光束；出射光束平移機構(gòu)，其包括至少一個與第二離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡，以及用于安裝出射平面鏡的出射平移臺；離軸拋物面鏡平移機構(gòu)，其包括用于安裝第一和第二離軸拋物面鏡的離軸拋物面鏡平移臺，離軸拋物面鏡平移臺的運動方向垂直于所述旋轉(zhuǎn)對稱軸。
所述離軸拋物面鏡平移臺和出射平移臺為ー維平移臺。所述離軸拋物面鏡平移臺和出射平移臺分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，第一和第二離軸拋物面鏡或出射平面鏡分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連。所述第一和第二離軸拋物面鏡的離軸角度為90度。一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，包括相對設(shè)置的第一和第二離軸拋物面鏡，兩者具有重合的焦點和重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸，入射光束平行于該旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡上并依次經(jīng)過第一和第二離軸拋物面鏡反射得到出射光束；出射光束平移機構(gòu)，其包括至少ー個與第二離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡，以及用于安裝出射平面鏡的出射平移臺；入射光束平移機構(gòu)，其包括至少ー個與第一離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變?nèi)肷涔馐较虻娜肷淦矫骁R，以及用于安裝入射平面鏡的入射平移臺，入射平移臺的運動方向垂直于所述旋轉(zhuǎn)對稱軸。所述入射平移臺和出射平移臺為ー維平移臺。所述入射平移臺和出射平移臺分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，入射平面鏡或出射平面鏡分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連。所述第一和第二離軸拋物面鏡的離軸角度為90度。本發(fā)明的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，包括共軸共焦且相對設(shè)置的兩離軸拋物面鏡以及出射光束平移機構(gòu)，通過設(shè)置離軸拋物面鏡平移機構(gòu)或入射光束平移機構(gòu)，使得同步輻射紅外光束尺寸在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，操作簡單，節(jié)省人カエ吋。
圖I本發(fā)明的實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖，其中單向箭頭指示光束的方向，雙向箭頭指示平移臺的移動方向；圖2本發(fā)明的實施例I的光路示意圖，其中單向箭頭指示光束的方向，雙向箭頭指示平移臺的移動方向；圖3本發(fā)明的實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖，其中單向箭頭指示光束的方向，雙向箭頭指示平移臺的移動方向。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖，給出本發(fā)明的較佳實施例，并予以詳細(xì)描述，使能更好地理解本發(fā)明的功能、特點。實施例I圖I示出了本發(fā)明的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置的一個實施例，其包括共軸共焦且相對設(shè)置的兩離軸拋物面鏡1、2，其中，共焦是指兩離軸拋物面鏡1、2具有重合的焦點9，共焦設(shè)置保證了兩離軸拋物面鏡1、2工作在點光源到平行光束或者平行光束到點光源的理想狀態(tài)；共軸是指兩離軸拋物面鏡1、2具有重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸8，入射光束 6平行于旋轉(zhuǎn)對稱軸8入射到第一離軸拋物面鏡I上且依次經(jīng)過第一離軸拋物面鏡I和第 ニ離軸拋物面鏡2反射得到出射光束7，共軸設(shè)置保證了入射光束6和出射光束7平行但方向相反。優(yōu)選地，離軸拋物面鏡1、2的離軸角度均為90度。在本實施例中，該數(shù)值孔徑匹配裝置還包括一出射光束平移機構(gòu)，該出射光束平移機構(gòu)包括至少一個與第二離軸拋物面鏡2相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡3，以及用于安裝出射平面鏡3的出射平移臺5。此外，該數(shù)值孔徑匹配裝置進一步包括一離軸拋物面鏡平移機構(gòu)，該離軸拋物面鏡平移機構(gòu)包括用于安裝兩離軸拋物面鏡1、2的離軸拋物面鏡平移臺4，該離軸拋物面鏡平移臺4的運動方向垂直于旋轉(zhuǎn)對稱軸8。如圖2所示，尺寸為L1的入射光束6平行于兩離軸拋物面鏡1、2的旋轉(zhuǎn)對稱軸8 入射到第一離軸拋物面鏡I上，依次經(jīng)過第一離軸拋物面鏡I和第二離軸拋物面鏡2的反射后得到尺寸為L2的出射光束7，光束尺寸的放大率即L2與L1之比等于光束在兩離軸拋物面鏡上的有效焦距之比，從而實現(xiàn)了光束尺寸從L1至L2的變化。最后，通過出射平面鏡3 將出射光束7的方向調(diào)整到需要的出射方向。當(dāng)需要改變出射光束7的尺寸L2時，根據(jù)所需尺寸，控制離軸拋物面鏡平移臺4帶動離軸拋物面鏡1、2沿垂直于旋轉(zhuǎn)對稱軸8的方向平移一定距離，在這個過程中，由于光束在兩離軸拋物面鏡上的入射點發(fā)生移動，導(dǎo)致光束在兩離軸拋物面鏡上的有效焦距之比發(fā)生變化，使得光束尺寸的放大率改變，從而改變出射光束7的尺寸L2。同時，控制出射平移臺5帶動出射平面鏡3平移一定距離以校正由于離軸拋物面鏡1、2的平移而導(dǎo)致的光束平移，從而保持出射光束7的位置不變。在本實施例中，兩平移臺4、5都為一維平移臺，其分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，兩離軸拋物面鏡1、2或出射平面鏡3分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連以用于實現(xiàn)對平移臺的手動或電動控制。使用時只需通過手柄或電機控制平移臺4、5連續(xù)移動，即可實現(xiàn)出射光束7的尺寸連續(xù)可調(diào)而出射方向、位置均保持不變，如此則避免了更換真空環(huán)境中的光學(xué)元件而帶來的繁瑣操作，節(jié)約了人力和時間。實施例2圖3示出了本發(fā)明的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置的另一實施例，與實施例I類似，該數(shù)值孔徑匹配裝置包括共軸共焦且相對設(shè)置的兩離軸拋物面鏡101、102， 入射光束106平行于兩離軸拋物面鏡101、102的旋轉(zhuǎn)對稱軸(未示出)入射到第一離軸拋物面鏡101上且依次經(jīng)過第一離軸拋物面鏡101和第二離軸拋物面鏡102反射得到出射光束107。優(yōu)選地，離軸拋物面鏡101、102的離軸角度均為90度。該數(shù)值孔徑匹配裝置還包括一出射光束平移機構(gòu)，該出射光束平移機構(gòu)包括至少一個與第二離軸拋物面鏡102相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡103，以及用于安裝出射平面鏡103的出射平移臺 105。與實施例I不同的是，該數(shù)值孔徑匹配裝置進一步包括一入射光束平移機構(gòu)，該入射光束平移機構(gòu)包括至少一個與第一離軸拋物面鏡101相對設(shè)置以改變?nèi)肷涔馐较虻娜肷淦矫骁R108，以及用于安裝入射平面鏡108的入射平移臺104，入射平移臺104的運動方向垂直于兩離軸拋物面鏡101、102的旋轉(zhuǎn)對稱軸。與實施例I類似，尺寸為L1的入射光束106經(jīng)入射平面鏡108改變方向，然后平行于兩離軸拋物面鏡101、102的旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡101上，依次經(jīng)過第一離軸拋物面鏡101和第二離軸拋物面鏡102的反射后得到尺寸為L2的出射光束107，光束尺寸的放大率即L2與L1之比等于光束在兩離軸拋物面鏡上的有效焦距之比，從而實現(xiàn)了光束尺寸從L1至L2的變化。最后，再通過出射平面鏡103將出射光束107的方向調(diào)整到需要的出射方向。當(dāng)需要改變出射光束107的尺寸L2時，根據(jù)所需尺寸，控制入射平移臺104帶動入射平面鏡108沿垂直于旋轉(zhuǎn)對稱軸的方向平移一定距離，在這個過程中，由于光束在兩離軸拋物面鏡上的入射點發(fā)生移動，導(dǎo)致光束在兩離軸拋物面鏡上的有效焦距之比發(fā)生變化，使得光束尺寸的放大率改變，從而改變出射光束107的尺寸L2。同時，控制出射平移臺 105帶動出射平面鏡103平移一定距離以校正由于入射平面鏡108的平移而導(dǎo)致的光束平移，從而保持出射光束107的出射位置不變。同樣地，兩平移臺104、105都為ー維平移臺，其分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，入射平面鏡108或出射平面鏡103分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連以用于實現(xiàn)對平移臺的手動或電動控制。使用時只需通過手柄或電機控制平移臺104、105連續(xù)移動，即可實現(xiàn)出射光束107的尺寸連續(xù)可調(diào)而出射方向、位置均保持不變，如此則避免了更換真空環(huán)境中的光學(xué)元件而帶來的繁瑣操作，節(jié)約了人力和時間。以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本發(fā)明申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發(fā)明專利的權(quán)利要求保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，包括相對設(shè)置的第一和第二離軸拋物面鏡，兩者具有重合的焦點和重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸，入射光束平行于該旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡上并依次經(jīng)過第一和第二離軸拋物面鏡反射得到出射光束；出射光束平移機構(gòu)，其包括至少一個與第二離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡，以及用于安裝出射平面鏡的出射平移臺；離軸拋物面鏡平移機構(gòu)，其包括用于安裝第一和第二離軸拋物面鏡的離軸拋物面鏡平移臺，離軸拋物面鏡平移臺的運動方向垂直于所述旋轉(zhuǎn)對稱軸。
2.如權(quán)利要求I所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述離軸拋物面鏡平移臺和出射平移臺為一維平移臺。
3.如權(quán)利要求2所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述離軸拋物面鏡平移臺和出射平移臺分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，第一和第二離軸拋物面鏡或出射平面鏡分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述第一和第二離軸拋物面鏡的離軸角度為90度。
5.一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，包括相對設(shè)置的第一和第二離軸拋物面鏡，兩者具有重合的焦點和重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸，入射光束平行于該旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡上并依次經(jīng)過第一和第二離軸拋物面鏡反射得到出射光束；出射光束平移機構(gòu)，其包括至少一個與第二離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡，以及用于安裝出射平面鏡的出射平移臺；入射光束平移機構(gòu)，其包括至少一個與第一離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變?nèi)肷涔馐较虻娜肷淦矫骁R，以及用于安裝入射平面鏡的入射平移臺，入射平移臺的運動方向垂直于所述旋轉(zhuǎn)對稱軸。
6.如權(quán)利要求5所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述入射平移臺和出射平移臺為一維平移臺。
7.如權(quán)利要求6所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述入射平移臺和出射平移臺分別包括導(dǎo)軌、沿導(dǎo)軌運動的滑塊以及與滑塊相連的絲杠，入射平面鏡或出射平面鏡分別通過卡槽或卡扣固定連接在各自的平移臺的滑塊上，一手柄或電機通過聯(lián)軸器與絲杠相連。
8.如權(quán)利要求5或6或7所述的同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，其特征在于，所述第一和第二離軸拋物面鏡的離軸角度為90度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種同步輻射紅外顯微鏡的數(shù)值孔徑匹配裝置，包括相對設(shè)置的兩離軸拋物面鏡，兩者具有重合的焦點和重合的旋轉(zhuǎn)對稱軸，入射光束平行于旋轉(zhuǎn)對稱軸入射到第一離軸拋物面鏡并依次經(jīng)過第一和第二離軸拋物面鏡反射得到出射光束；出射光束平移機構(gòu)，其包括至少一個與第二離軸拋物面鏡相對設(shè)置以改變出射光束方向的出射平面鏡，以及用于安裝出射平面鏡的出射平移臺；離軸拋物面鏡平移機構(gòu)或入射光束平移機構(gòu)，離軸拋物面鏡平移機構(gòu)包括離軸拋物面鏡平移臺，入射光束平移機構(gòu)包括至少一個入射平面鏡及入射平移臺，離軸拋物面鏡平移臺或入射平移臺的運動方向垂直于旋轉(zhuǎn)對稱軸。本發(fā)明使得同步輻射紅外光束尺寸連續(xù)可調(diào)，操作簡單，節(jié)省人力工時。
文檔編號G02B7/198GK102590973SQ20121009647
公開日2012年7月18日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者佟亞軍, 吉特, 張增艷, 肖體喬, 陳敏 申請人:中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所