(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210835489.9 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 首都师范大学 地址 100048 北京市海淀区西三环北路10 5 号首都师 范大学 (72)发明人 廖清　梁倩　任佳欢　朱金龙　 龙腾　付红兵　 (74)专利代理 机构 北京冠榆知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 11666 专利代理师 王道川 (51)Int.Cl. G01N 21/21(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 微区角分辨庞加莱 球的自动化测试装置 (57)摘要 本发明公开微区角分辨庞加莱球的自动化 测试装置， 包括匀场光源、 显微镜、 光谱检测系统 和控制系统， 所述显微镜包括样品台和物镜； 所 述光谱检测系统包括角分辨接收光路、 光谱仪、 若干第一平移台和用于旋转调节的自动调节装 置； 所述角分辨接收光路包括孔径光阑、 透镜组 件、 四分之一玻片、 二分之一玻片和线偏 振片， 所 述物镜采集样品台上待测样品的光并依次经过 孔径光阑、 透镜组件、 四分之一玻片、 二 分之一玻 片、 线偏振片后被光谱仪检测； 本发明可 以长时 间在无人操作条件下获得多组线偏振及圆偏振 数据， 避免了传统的手动调节所带来的误差和繁 琐的人工操作， 为显微角分辨庞加莱球的测试带 来便利。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 115112572 A 2022.09.27 CN 115112572 A 1.微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置， 其特征在于， 包括匀场光源、 显微镜、 光谱 检测系统和控制系统， 所述显微镜包括样品台(1)和物镜(2)； 所述光谱检测系统包括角分 辨接收光路、 光谱仪(9)、 若干第一平 移台(8)和用于 旋转调节的自动调节装置； 所述角分辨接收光路包括孔径光阑(3)、 透镜组件、 四分之一玻片(17)、 二分之一玻片 (18)和线偏振片(19)， 所述物镜(2)采集样品台(1)上待测样品的光并依次经过孔径光阑 (3)、 透镜组件、 四分之一玻片(17)、 二分之一玻片(18)、 线偏振片(19)后被光谱仪(9)检测； 所述四分之一玻片(17)、 二分之一玻片(18)和线偏振片(19)分别设置在独立的自动调 节装置上， 所述设置有四分之一玻片(17)、 二分之一玻片(18)或线偏振片(19)的自动调节 装置分别设置在独立的第一平移台(8)上， 所述四分之一玻片(17)、 二分之一玻片(18)和线 偏振片(19)的平移方向与光谱仪(9)的入射狭缝所在平 面平行， 所述第一平移台(8)和自动 调节装置受控于控制系统。 2.根据权利要求1所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述显 微镜还包括分束器(20)和显微镜内部透镜(21)， 待测样品的光依次经过物镜(2)、 分束器 (20)和显微镜内部 透镜(21)后达 到孔径光阑(3)。 3.根据权利要求2所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述透 镜组件包括第一透镜(4)、 第二透镜(5)和第三透镜(7)， 途径孔径光阑(3)的光束依次经过 第一透镜(4)、 第二透镜(5)和第三透镜(7)到达四分之一玻片(17)； 所述第一透镜(4)的第 一焦点与所述孔径 光阑(3)对准， 所述第二透镜(5)放置在第一透镜(4)的k空间像距离第一 透镜(4)一倍焦距的位置， 所述第三透镜(7)放置在第二透镜(5)的k空间像距离第二透镜 (5)一倍焦距的位置， 所述光谱仪(9)的入射狭缝设置在第三透镜(7)的焦平 面处， 使得所述 第三透镜(7)的k空间像呈现于光谱仪(9)的入射狭缝的位置 。 4.根据权利要求3所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述角 分辨接收光路还包括导光件(6)和CCD成像装置(22)， 所述导光件(6)为半透半反镜， 所述导 光件(6)设置在第二透镜(5)与第三透镜(7)之间， 所述第二透镜(5)k空间的光经导光件(6) 反射到CCD成像装置(2 2)上。 5.根据权利要求4所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述第 三透镜(7)安装在另一个第一平移台(8)上， 所述第三透镜(7)的平移方向与光谱仪(9)的入 射狭缝所在平面平行。 6.根据权利要求4所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述第 一透镜(4)和第二透镜(5)安装在第二平移 台上， 所述第二平移 台为手动二维平移 台， 所述 第二平移台有x、 y方向的两个千分尺控制， 直线度0.0 05mm， 灵敏度0.0 02‑0.003mm。 7.根据权利要求1所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述第 一平移台(8)包括底座(13)、 安装在所述底座(13)上的导轨(16)、 滑动安装在所述导轨(16) 上的滑台(14)、 安装在所述底座(13)上的带动滑台(14)滑动的丝杆(15)和驱动丝杆(15)旋 转的第一电机； 所述滑台(14)的最小移动精度为0.0001mm； 所述丝杆(15)上设置有辅助拨 块； 所述自动调 节装置包括设置在所述滑台(14)上的支撑杆、 设置在所述支撑杆顶端的安 装板(12)、 转动安装在所述安装板(12)上的镜片固定环(11)、 自动旋转旋钮(10)和与所述 自动旋转旋钮(10)驱动连接的第二电机， 所述镜片固定环(11)的外周设置有齿部， 所述 自权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115112572 A 2动旋转旋钮(10)与所述镜片固定环(1 1)的外周啮合。 8.根据权利要求1所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 所述控 制系统内设置有参数模块、 分析模块和外控模块； 所述参数模块包括系统设置参数和若干 组测试参数， 所述系统设置参数包括采集数据中心波长的范围、 每组数据的采集次数和对 应的曝光时间， 所述测试参数包括均场光源的波长、 第一平移台(8)的平移 参数和线偏振片 (19)、 四分之一玻片(17)、 二分之一玻片(18)的旋转度数， 每采集完一组数据， 自动使用另 一组测试参数进 行测试； 所述分析模块用于 分析整合光谱仪(9)的收集的数据， 所述外控模 块用于根据测试参数向动作执 行机构发出动作指令 。 9.根据权利要求8所述的微区角分辨庞加莱球的自动 化测试装置， 其特征在于， 进行微 区角分辨庞加莱球的自动化测试时， 将含有微纳结构的待测样品器件置于样品台(1)， 用显 微镜找到待测样品的焦平面， 把待测样品表面发射的光通过透镜组件引到光谱仪(9)狭缝 上以及通过导光件(6)引到CCD成像装置(22)上， 通过控制孔径光阑(3)的孔径的大小来控 制光斑采集区域的范围， 开始采集数据时， 将光斑调整至左边到与光谱仪(9)狭缝相切， 依 次使用测试参数进行光路的自动调整， 直至圆形光斑最右边与光谱仪(9)狭缝相切后系统 自动停止， 分析模块根据光谱仪(9)采集数据分析整个圆形光斑面积所携带的k空间的角度 信息， 即每 个波长下都能拼凑出kx， ky两个方向组成平面涵盖光子色散关系的像素点。 10.根据权利要求8所述的微区角分辨庞加莱球的自动化测试装置， 其特征在于， 进行 庞加莱球偏振态测试时， 包括庞加莱球偏振态S1、 S2的测试步骤和庞加 莱球偏振态S3的测 试步骤； 所述庞加莱球偏振态S1、 S2的测试步骤为： 通过第一平移台(8)调整线偏振片(19)的位 置与光谱仪(9)狭缝对准， 保持线偏振角度为0 °， 只允许与光谱仪(9)狭缝平行方向的光通 过； 通过第一平移台(8)调整二分之一玻片(18)滑移到与光谱仪(9)狭缝对准的位置， 此时 光路上有二分之一玻片(18)和线偏振片(19)， 通过自动调节装置调整二分之一玻片(18)的 旋转角度， 分别测量0 °、 45°、 90°、 135°的线偏振数据， 并根据庞加莱球偏振态计算公 式得到 庞加莱球三维线偏振光谱色散关系； 所述加莱球偏振态S3的测试步骤为： 保持线偏振角度为0 °， 通过第一平移台(8)调整四 分之一玻片(17)到与光谱仪(9)狭缝对准的位置， 此时光路上有四分之一玻片(17)、 二分之 一玻片(18)和线偏振片(19)， 通过自动调节装置调整四分之一玻片(17)的旋转0 °和45°， 分 别测量左旋和右旋的圆偏振数据， 根据庞加莱球偏振态计算公式， 得到庞加莱球三维圆偏 振光谱色散关系。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115112572 A 3