(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 20221090821 1.X (22)申请日 2022.07.29 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 李千　李为　 (74)专利代理 机构 北京东方亿 思知识产权代理 有限责任公司 1 1258 专利代理师 尹婧 (51)Int.Cl. G01N 21/21(2006.01) G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 激光扫描式二次谐波显微系统及二次谐波 测试方法 (57)摘要 本申请提供一种激光扫描式二次谐波显微 系统及二次谐波测试方法。 系统包括： 激光发射 模组， 包括依次设置的飞秒激光器和第一半波 片， 第一半波片可沿飞秒脉冲激光的光轴旋转； 样品放置模组用于放置样品； 光束调整模组， 设 置在激光发射模组与 样品放置模组之间， 包括依 次设置的振镜组和双色镜， 振镜组与第一半波片 光路连接； 信号接收模组， 包括依次设置的第一 格兰泰勒棱镜和光电倍增管PMT光电探测器， 第 一格兰泰勒棱镜与双色镜光路连接， 第一格兰泰 勒棱镜可沿二次谐波光的光轴旋转。 这样， 通过 振镜组直接偏转入射激光， 连续多次测量能够保 持测量区域的较小偏差， 提高测量数据的准确 性。 且扫描定位精度更高， 可以获得较高分辨率 的二次谐波 谱图像。 权利要求书2页 说明书12页 附图2页 CN 115112573 A 2022.09.27 CN 115112573 A 1.一种激光扫描式二次谐波显微系统， 其特 征在于， 包括： 激光发射模组(1)， 包括依次设置的飞秒激光器(11)和第一半波片(12)， 所述飞秒激光 器(11)用于发射飞秒脉冲激光， 所述第一半波片(12)可沿所述飞秒脉冲激光的光轴旋转， 用于调整入射 光偏振角度； 样品放置模组(2)， 用于放置样品； 光束调整模组(3)， 设置在 所述激光发射模组(1)与所述样品放置模组(2)之间， 所述光 束调整模组(3)包括依次设置的振镜组(31)和双色镜(32)， 所述振镜组(31)与所述第一半 波片(12)光路连接， 所述振镜组(31)用于调整所述飞秒脉冲激光聚焦至样 品表面的位置， 所述飞秒脉冲激光经 过所述双色镜(32)反射后聚焦至所述样品表面， 以产生 二次谐波光； 信号接收模组(4)， 包括依次设置的第一格兰泰勒棱镜(41)和光电倍增管PMT光电探测 器(42)， 所述第一格兰泰勒棱镜(41)与所述双色镜(32)光路连接， 所述二次谐波光经过所 述双色镜(32)透射后射入 所述第一格兰泰勒棱镜(4 1)， 所述第一格兰泰勒棱镜(41)可沿所 述二次谐波光的光轴旋转， 用于调整二次谐波偏振角度。 2.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述激光发射模组(1)还 包括： 第二半波片(13)， 与所述飞秒激光器(11)光路连接， 且所述第二半波片(13)可沿所述 飞秒脉冲激光的光轴旋转； 第二格兰 泰勒棱镜(14)， 与所述第二半波片(13)、 所述第一半波片(12)光路连接， 其中， 所述第二半波片(13)和所述第二格兰 泰勒棱镜(14)用于调整入射 光强度。 3.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述 光束调整模组(3)还 包括： 聚焦组件， 包括扫描透镜(33)、 套筒透镜(34)和物镜(35)， 所述扫描透镜(33)和所述套 筒透镜(34)依次设置在所述振镜组(31)与所述双色镜(32)之间， 所述物镜(35)设置在所述 双色镜(32)与所述样品放置模组(2)之间。 4.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述聚焦组件还包括第一带通滤光片 (36)， 所述第一带通滤光片(3 6)设置在所述套 筒透镜(34)与所述双色镜(32)之间。 5.根据权利要求3所述的系统， 其特征在于， 所述聚焦组件还包括步进电机， 所述步进 电机与所述物镜(35)连接， 用于驱动所述物镜(35)沿朝向所述样品放置模组(2)的方向运 动。 6.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述信号接收模组(4)还 包括： 第一分光镜(43)， 设置在所述双色镜(32)与所述第一格兰 泰勒棱镜(41)之间； 第二分光镜(4 4)， 与所述第二分光镜(4 4)光路连接； 照明组件(45)， 与所述第二分光镜(4 4)光路连接； 电荷耦合器件C CD相机(46)， 与所述第二分光镜(4 4)光路连接 。 7.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述信号接收模组(4)还 包括： 第二带通滤光片(47)， 设置在所述双色镜(32)与所述第一格兰 泰勒棱镜(41)之间。 8.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 还 包括： 反射模组(5)， 包括至少一个反射镜， 所述反射模组(5)设置在所述第一半波片(12)与 所述振镜组(31)之间。 9.根据权利要求1所述的系统， 其特 征在于， 所述样品放置模组(2)包括： 第一放置组件， 所述第一放置组件包括三轴位移台、 倾斜台和旋转台中的至少一者， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115112573 A 2中， 所述三轴位移台用于调整样品的位移， 所述倾斜台用于调整样品的倾斜度， 所述旋转台 用于调整样品的放置角度。 10.根据权利要求9所述的系统， 其特 征在于， 所述样品放置模组(2)还 包括： 第二放置组件， 所述第二放置组件与所述第一放置组件可配合使用， 所述第二放置组 件包括N个温度控制器， 且所述 N个温度控制器与N个预设的温度区间一 一对应， 其中， 目标温度控制器用于放置目标温度区间内的样品， 所述目标温度控制器为所述N 个温度控制器中的任一温度控制器， 所述 目标温度区间为所述N个预设的温度区间中与所 述目标温度控制器相对应的温度区间， N 为正整数。 11.一种利用如权利要求1至10中任一项所述的激光扫描式二次谐波显微系统进行二 次谐波测试 方法， 其特 征在于， 包括： 在样品固定在所述样品放置模组上的情况下， 调整所述第 一半波片和所述第 一格兰泰 勒棱镜的角度， 确定M组偏振角度， 所述偏振角度包括入射光偏振角度和二次谐波偏振角 度， M为大于1的整数； 在每组所述偏振角度 下， 调整所述振镜组 的偏转角度， 以扫描所述样品表面上K个位置 一一对应的K个二次谐波信号强度， 得到 M组所述K个二次谐波信号强度， K为大于1的整数； 根据所述M组所述K个二次谐波信号强度， 确定目标位置在所述M组偏振角度下的M个二 次谐波信号强度， 其中， 目标位置为所述K个位置中的任一 位置； 对所述目标位置的M个二次谐波信号强度进行谱拟合， 确定所述目标位置的拟合函数 和拟合结果， 并绘制所述目标位置的二次谐波谱图像。 12.根据权利要求11所述的方法， 其特征在于， 所述绘制所述目标位置的二 次谐波谱图 像之后， 所述方法还 包括： 对所述K个位置的K个二次谐波谱图像进行矩阵分解， 确定所述样品的结构成分。 13.根据权利要求11所述的方法， 其特征在于， 所述在每组所述偏振角度下， 调整所述 振镜组的偏转角度， 以扫描所述样品表面上K个位置一一对应的K个二次谐波信号强度， 得 到M组所述K个二次谐波信号强度， 包括： 在每组所述偏振角度下， 调整所述振镜组至理想偏转角度， 以扫描所述样品表面得到 第一二次谐波信号强度， 所述理想偏转角度基于所述样品表面的预设扫描位置确定； 记录在扫描过程中所述振镜组的实际偏转角度； 根据所述实际偏转角度， 确定所述样品表面的第一 位置； 将所述第一二 次谐波信号强度确定为所述第 一位置对应的二 次谐波信号强度， 所述第 一位置为所述K个位置中的任一 位置。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115112573 A 3