[发明专利]一种低维材料各向异性显微的成像方法和装置

说明书

一种低维材料各向异性显微的成像方法，基于利用非偏振分光技术的显微装置和低维材料的各向异性吸收效应，从而研究不同偏振态下低维材料表面反射光强的变化。通过自动图像获取、分析程序，采集一系列小角度间隔的角分辨偏振光学图像。逐个提取所有偏振光学图像同一像素点的最大和最小光强度值及其对应的旋转角度，并将每个像素点最大和最小光强度值的差值逐点绘制到另一张图像中，便得到了强度域的各向异性显微图像。与此同时，将每个像素点提取到的对应最大反射光强的角度值以箭头或不同颜色绘制到另一张图像中，便得到了角度域的各向异性显微图像。本发明适用于研究黑磷、二硫化铼、银纳米线、碳纳米管等不同低维材料的光学各向异性。

技术领域

本发明属于低维材料和各向异性显微成像技术领域，涉及一种利用非偏振分光技术和各向异性吸收效应相结合的低维材料各向异性显微成像方法和装置。

背景技术

各向异性是指材料由于原子在不同方向的杂化和排列方式不同，导致其不同取向的力学、电学、热学、光学方面的性能不同。黑磷，二硫化铼，二硒化铼，碳纳米管，银纳米线就具有很明显的各向异性。低维材料的各向异性可以为其在光电领域的应用增添一个可调节的自由度，相关的应用有：集成数字逆变器，取向相关二极管，高灵敏的线偏振光探测器以及弱光探测器等。要更加灵活地去利用材料的各向异性，首先要做的就是能直观的观察其各向异性并测定各向异性低维材料的晶向。

目前，应用最广泛的研究低维材料各向异性的方法都无法同时满足我们对于效率，简单性，精度和样品无损的需求。角分辨拉曼光谱技术通过分析不同振动模式下的偏振依赖变化，可以用来研究材料的各向异性，但是由于其装置昂贵复杂，测量耗时，激光对样品有损害等特点，无法很方便的应用；扫描透射电子显微镜可以用来高精度测定样品晶向，但是其对样品厚度和基底有特殊需求，无法广泛利用；光热探测技术已经被证实可以观察材料的各向异性，但是使用时样品需浸泡在液体中，测量之后材料无法后续利用，从而限制了其应用；目前最简单的方式就是利用偏光显微镜在可见光波段去观察材料的光学各向异性，然而由于测量过程中涉及手动转动样品，其测试结果往往不可靠。也有一些研究利用旋转偏振片去测量，但是由于分束镜的影响，其测试结果往往是不准确的。目前一种能够很直观的去观察材料各向异性，并且能很简单、快速、无损、准确的测定各向异性低维材料晶向的方法仍然缺乏。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种能够直接观察低维材料各向异性，并能简单、快速、无损、准确的测定各向异性低维材料晶向的各向异性显微方法和装置，以便于能够更深入的研究低维材料的各向异性以及其在取向相关的光电子装置方面的应用。

为实现上述目的，本发明所述方法的步骤如下：

第一步，非偏振分光的利用，将偏光显微镜的普通分束镜更换为无偏振依赖分束镜；

第二步，测定无偏振依赖分束镜的透射谱，采用滤波片，只使用s偏振和p偏振光透射率差异最小的波段。

第三步，将低维材料放置于样品台，对于透明基底上各向异性很弱的样品，采取干涉反射式结构进行观察，即利用油镜观察倒置样品。用转台旋转偏振片一周，并利用程序自动拍摄不同旋转角度下的偏振光学图像。

第四步，将拍摄的一系列偏振光学图像导入程序进行以下处理：提取每张图像相同像素点的最大和最小亮度值，并计算其差值，最后将差值按照不同的像素点依次绘制到另一张图像上，便得到了强度域的各向异性图像。

第五步，提取每张偏振光学图像相同像素点最大亮度值所对应的旋转角度，并将角度值以箭头的形式绘制到强度域的各向异性图像中，便得到了包含晶向信息的各向异性图像。

第六步，用不同颜色去标识不同取向的区域，而不是用箭头，这样便得到了角度域的各向异性图像。

附图说明

图1各向异性显微成像装置的光路示意图；

图2黑磷样品的强度域和角度域各向异性图像；