[发明专利]物镜光窗式法兰及采用该法兰的真空腔

说明书

本发明提供一种物镜光窗式法兰及采用该法兰的真空腔，包括一法兰盘及一透镜，所述法兰盘中心具有一通孔，所述通孔形成一光路通道，所述透镜设置在所述光路通道内，形成光窗，所述透镜作为一光学系统的物镜前透镜使用。本发明的优点在于，将物镜与法兰结合为一个整体。将常规法兰上的光窗用物镜代替，光束经物镜传输后不需要再经过平面透镜光窗，从而减小了光窗的反射造成的光源能量损失，同时可以使物镜工作距离缩短，工作距离短的物镜的数值孔径大，分辨率高。

技术领域

本发明涉及光学设计领域，尤其涉及一种物镜光窗式法兰及采用该法兰的真空腔。

背景技术

低温光致发光(PL)光谱可以测试半导体材料的基本物理性质。低温样品室中的样品在激发光源能量大于被测材料禁带宽度的激光聚焦光束照射下发光，发出的光经透镜收集后被光探测器接收并识别。半导体的光致发光过程蕴含材料结构与组分信息，是多种复杂物理过程的综合反映。因此利用光致发光光谱可以获得被研究材料的多种本质信息。

原子力显微镜(AFM)导电探针通过与待测样品接触将周期性的电流注入到待测样品表面，样品表面的多数载流子与注入的电流的载流子复合产生周期性的电致发光。光学显微系统收集样品表面的电致发光信号得到样品局域的电致发光特性，获得样品表面载流子复合特性与缺陷信息。

利用扫描隧道显微镜(STM)发光光谱测量材料表面局域电注入发光的方法是金属丝探针最前端的几个原子和样品表面原子间形成一个小于1nm的隧道结，在针尖与样品间加偏压后产生隧穿电流，保持隧穿电流恒定则隧道结宽度不变。隧穿电流和半导体的载流子复合产生辐射发光，通过光谱测量装置收集材料表面辐射光获得STM发光光谱。

上述光电响应的测试都需要通过聚焦显微光学系统收集发光信号或将激光信号聚焦到样品上。真空环境可以隔绝氧气、水分等物质，可以满足一些在大气中易水解、易氧化、不稳定、对测试环境要求较严苛的材料的测试要求。而在真空环境下，光学信号在聚焦显微光学系统与真空腔之间的传输必须经过光窗。真空法兰上的光窗即真空观察窗(又叫真空视窗)用来监视真空腔内部情况或传输光源，该法兰安装在真空腔壁上，用于传输光源的光窗是一个平面透镜，其材料采用硬质光学玻璃、蓝宝石、石英等。

图1是现有的系统的测试示意图。其中，光学信号经过聚焦显微光学系统的物镜10的前透镜11后，穿过真空法兰12上的光窗13，进而照射在位于真空腔14内的样品15上。在真空或超高真空环境下测试材料的发光光谱以及光电压谱的过程中，光学信号在聚焦显微光学系统与真空腔之间的传输过程中会有光窗的反射引起的能量损失，不能最大化的利用特定波长的性能，另外，光学信号经过物镜后再经过光窗，物镜的工作距离长，物镜数值孔径小，分辨率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种物镜光窗式法兰及采用该法兰的真空腔，其能够减小光窗的反射造成的光源能量损失，提高物镜的分辨率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种物镜光窗式法兰，包括一法兰盘及一透镜，所述法兰盘中心具有一通孔，所述通孔形成一光路通道，所述透镜设置在所述光路通道内，形成光窗，所述透镜作为一光学系统的物镜前透镜使用。

在一实施例中，所述透镜密封安装在所述通孔的侧壁上。

在一实施例中，所述透镜的边缘被一金属围圈包围，所述金属围圈与所述通孔的侧壁焊接。

在一实施例中，所述法兰盘为一刀口法兰盘，所述刀口法兰盘的内侧具有一刀口。

在一实施例中，所述法兰盘上设置有多个连接孔，连接构件通过所述连接孔将所述法兰盘连接在外部装置上。

在一实施例中，所述法兰盘的内壁具有一向外延伸的延伸段，所述透镜设置在所述延伸段的端部。

在一实施例中，所述物镜光窗式法兰还包括一物镜外壳，所述物镜外壳插入所述光路通道内，且所述透镜设置在所述物镜外壳的端部，作为所述物镜的前透镜使用。