文档介绍：,、
摘要
本学位论文工作旨在空间分辨光谱仪器的性能研究及其在凝聚态物理研究
中的应用。本学位论文的主要贡献创新点如下
、从理论上分析了共焦显微拉曼光谱仪器的横向分辨能力,给出了影响仪器横
向分辨能力的要素是显微物镜的数值孔径和填充因子,澄清了共焦针孔对横
向分辨率没有直接贡献,指出了提高横向分辨能力的方法。琳理论上首次分
析了在样品导致光路像差、同时又具有吸收时共焦显微拉曼光谱仪器的纵向
分辨能力,并给出了薄样品时的简化模型分卜
、利用拉曼光谱对纳米微晶硅薄膜的应力分布进行了扫描光谱成像研究出
了表征缺陷和吸附的过渡峰峰位及峰宽随应力变化敏感度大大高于非晶峰导
首次利用多波长光谱图像处理技术以及反射光谱直接成像方法研究聚合物半
导体器件,可以更加明显地揭示材料成份和结构上的缺陷。
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、利用共焦拉曼光谱仪结合深度剖析光谱方法,详细研究了非晶硅薄膜的激光
退火晶化,首次发现了晶化区位于薄膜的中间部分·利用此方法,成功制备
出了纳米微晶硅材料,以及位于薄膜内部的晶化线今首次利用深度剖析光谱
方法发现晶体材料拉曼光谱中的自吸收现象,并将其同荧光光谱、
吸收光谱结合在一起,对晶体材料内稀土离子的跃迁能级进行了指认。
首次提出了将图像重构技术应用于线形可变滤光片分光的成像光谱仪中,并
自主设计和组装了刁、型成像光谱仪。图像重构技术的应用大大提高了仪器的
空间分辨能力和光谱分辨能力,使得仪器的光谱分辨率接近可变干涉滤光片
的光谱分辨能“极限。并成功将此小型成像光谱仪应用在伪装侦察中书
关键词空间分辨光谱共焦拉曼显微镜‘成像光谱仪,’纳米微晶硅聚合物
半导体
宁
,尸
,
,
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,,
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气
第一章引言
第一章引言
空间分辨光谱的历史发展
光学成像技术和光谱技术是光电技术中的两个历史悠久并应用广泛的重要
领域。长期以来,它们沿着各自的道路发展,虽然它们都是接收来自目标的光
辐射,但光学成像器获取目标的影像光强信息,追求高空间分辨率而光谱仪
则把目标的光辐射分离成不同波长的光谱,追求高光谱分辨率。光谱成像分析
系统将光谱技术与成像技术有机地融为一体,可在光谱和空间两个方面对目标
进行分析和识别。普通的光学成像积分涵盖了其接收器感光胶片、光电
阵列等的整个光谱响应,而光谱成像直接成像法可以一次仅记录一个窄
的波长范围的影像信息。普通的光谱分析积分涵盖了光谱仪的整个视场角内所
有像元的光谱,而光谱成像间接成像法可以逐点进行光谱分析。由此可见,
光谱成像方法的核心是空间信息和光谱信息的集成。
光谱成像是一门交叉学科,它涉及到化学、物理学和工程。它被用于监测
材料的化学成份,它是观查从人脑的新陈代谢到星球的形成等广阔领域的窗口。
对一个给定的系统,光谱成像不仅揭示其形貌、物性和化学成份的大致趋势,
还可以给出它们的精细细节。最早的光谱成像可以追溯到年〔”,,,〕,
和独立发明了一种光谱摄影仪,可在小光谱波长间隔内给太阳摄影。
光谱成像分析系统的近代历史发展,由于军事侦察、资源勘探和气象预报等部
门的需要,首先应用在宏观尺度上,视场从大于平方公里到几平方米,分析
系统装在飞机或卫星上以遥感方式进行工作,或车载手提以现场方式
进行近距离数米工作。工作波段从可见到红外,逐渐由多光谱成像
向超光谱成像发展。光谱分
辨率在这里部分地是按波长元数或光谱带
通道数来定义的。新近又出现了超高光谱成像的说
法,是指具有更高的数据密度。但是这些术语之间的区分并没有十分明确的定
义。一般来说,多光谱成像系统应用滤光片分成若干不重叠的通带,每个通带
具有数十至数百个波数,所成的像在初级水平上揭示了目标的化学构成,
例如它能够区分土壤和水,但不能区分不同类型的植被但是随着每个通带的
变窄,多光谱成像则能给出更具体明确的信息,因为一个更窄的给定波长间隔
第一章引言
可以与该目标内的个别化学成份相联系若通带宽度小于,则可称为超光
谱成像了。但超光谱成像与多光谱成像有本质的不同,其仪器的设计是基于具
有更高光谱分辨率的干涉仪或光栅和棱镜的色散元件〔”〕,在实验室更容易见到
这种仪器其光谱分辨率。随着科学技术的发展,光谱成像在显微尺度
微米量级上得到应用〔,首先得到发展的是荧光显微成像系统,其次是拉
曼和红外显微成像系统。近几年来,近场光学和近场光谱学的发展,使光谱成
像走进了介观纳米量级尺度,而采用扫描电子束