傳統測量樣品反射率的反射光纖探頭光斑直徑最小僅能達到1-2mm左右，光斑直徑限制了樣品的大小以及光譜空間分辨率，而若要獲得樣品更微小的尺度的光譜信息，通常的做法是與顯微系統連用。微區反射光譜測量系統即是將光譜分析技術與顯微光路結合，可在微米級尺度上采集樣品的光譜信息，廣泛應用于物理、化學、生物等行業材料光譜性能研究。
本系統采用光纖共焦照明方式，與傳統的科勒式照明相比，共焦照明方式可獲得更小的采樣直徑，即具有更高的空間光譜分辨率。如圖所示，光源經由光纖接入顯微系統，通過顯微物鏡將光斑大小壓縮至微米級別并匯聚在樣品平面，樣品產生的反射光經由顯微系統匯聚在接收光纖端面處，發射光纖端面、接收光纖端面、成像相機平面以及樣品平面四面屬于共軛關系，從而使得可以實現高精度原位光譜測量。
此外，系統中所用到的微區反射率轉接模塊中預留一光譜通道，此通道可支持在反射率光譜基礎上拓展添加透射率測量、拉曼光譜測量或熒光光譜測量功能，實現多光譜綜合測量。
◆ 模塊設計：通過在顯微鏡中加裝拓展模塊實現光譜測量，同時可在客戶現有顯微鏡基礎上定制相應檢測模塊。
◆ 共焦設計：光源光路與光譜儀接收光路共軸，獨特的共焦設計使得測量“所見即所得”，并且系統的雜散光可以得到有效抑制。
◆ 寬光譜檢測范圍：搭配如海光電的光纖光譜儀，可實現200~2500nm寬光譜測量。
◆ 靈活選配與升級：該系統除可實現反射測量外，同時可根據客戶需求在此基礎上添加特定測量模塊從而實現反射+透射+拉曼+熒光多光譜測量。
◆ 高精度測量：自動移動平臺最小步進1μm，可實現微小區域光譜掃描測量。
顯微反射光譜系統 |
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| 項目 | 值 |
| 尺寸 | 550×280×380mm（整機） 254×120×91（微區反射轉接模塊） |
| 光譜范圍 | 350-1700nm |
| 通道數 | 2 |
| 光纖接口 | SMA 905 |
| 光斑直徑 | 1μm(min) |
| 光譜積分時間 | 1ms~65s |
| 載物平臺 | 手動平臺/自動平臺可選 |
| 掃描范圍 | 58×82mm |
| 平臺最小步進 | 1μm |
應用實例
薄膜厚度測量
原理：
如圖所示：當一束光入射到樣品表面上時，一部分光在薄膜表面以θ1角產生反射，形成反射光1，另一部分光發生折射，折射角θ2，折射光在基底表面再次產生反射，反射光在空氣與薄膜界面發生折射，以θ1角度出射，形成反射光2，反射光1與反射光2發生干涉。兩種光束發生干涉的條件為：
式中n1為空氣折射率，n2為待測薄膜折射率，d為薄膜厚度，當兩束反射光束的光程差相差波長的整數倍時，兩束光束相位相同，此時發生干涉相長與相消，分別對應反射率光譜的波峰與波谷。
薄膜干涉原理示意圖
當采用微區顯微方式采集樣品反射率光譜時，入射角與折射角θ1、θ2趨近于0，空氣折射率n1=1.003。假設反射譜曲線上一對相鄰的波峰與波谷對應的波長為λ1和λ2，且λ1<λ2。因此，可得：
2n2d=kλ1
2n2d=(k-1/2)λ2
消去式中k，可得：
實際應用中，從反射率光譜上可得到多組波峰和波谷的對應的波長，計算出多個膜厚值，求得厚度的平均值以減小誤差。
受干涉影響的反射率光譜
測試實例：
如圖所示，為采用如海光電微區反射系統測得的一薄膜樣品反射率光譜。
如海微區反射系統測量的樣品反射率光譜
從圖中可以觀察到明顯的干涉條紋，利用上文所述方法可計算得出該薄膜的厚度約為12.9μm。
微區反射率高光譜二維成像
反射率高光譜成像技術是光譜技術與圖像技術的結合，它可以同時獲得樣品二維空間的光譜分布信息。
光源通過顯微系統后，采樣點直徑最小可達到30μm左右，如圖所示，通過提前設置掃描區域的大小以及橫縱方向的采集點數（m，n），將待測樣品分割為m×n個矩形小方格，自動移動平臺以固定的步進運動，依次運行到目標方格處后采集該點的光譜信息，采集完成后選取對應的光譜特征點，以該點重構樣品的光譜mapping圖，因此采集前預設的采樣點數越密集，則mapping圖像的還原度就越高。
微區反射率高光譜采集原理與實測圖
結語
如海光電微區反射系統可實現微米級樣品光譜性能檢測，具有高空間分辨率、高靈敏度、高精度、高適配性、寬光譜檢測范圍等優點，此外通過靈活搭配不同的模塊可同時實現拉曼光譜、熒光光譜、透射光譜等多光譜檢測。
