一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法制造方法及图纸

技术编号:20420841 阅读:57 留言:0更新日期:2019-02-23 07:09
本发明专利技术公开了一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法,包括依次排列的He‑Ne激光器、(1,0)模厄米高斯光生成装置、聚焦物镜、金属纳米结构、油浸物镜、成像管镜、挡光板、成像透镜、CCD探测器;(1,0)模厄米高斯光生成装置包含一个起偏器、一个S波片和一个检偏器;金属纳米结构包括使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜,并在薄膜上加工出纳米精度的凹槽阵列。利用(1,0)模厄米高斯光实现SPPs的不对称激发,测量灵敏度高;于傅里叶面一次成像即可得到位移量,信噪比高,无需追踪扫描和复杂计算,实现信号快速处理和位移的实时反馈。

【技术实现步骤摘要】
一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法
本专利技术涉及一种纳米位移测量的技术,尤其涉及一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法。
技术介绍
光电器件小型化、集成化的发展对微纳加工、装配精度提出了更高的要求。发展纳米精度的位移测量和校准技术对于制备合格微纳光电器件,确保器件的性能具有重要的意义。常见的纳米位移测量方法主要有:干涉条纹法(Ananometricdisplacementmeasurementmethodusingthedetectionoffringepeakmovement[J].MeasurementScienceandTechnology,2000,11(9):1352.)、针孔法(Directmeasurementofnanometricdisplacementunderanopticalmicroscope[J].Appliedoptics,1987,26(16):3425-3427.)、压电陶瓷法等。其中干涉条纹法使用干涉仪装置,通过干涉条纹的移动计算位移量大小,测量精度在1/2至1/20波长的量级(Displacementmeasurementsusingaself-mixinglaserdiodeundermoderatefeedback[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2006,55(4):1101-1105.),难以实现几纳米级别的位移测量,空间分辨率较差,同时干涉法对环境稳定性要求很高,系统结构也很复杂。由于干涉法所需计算量较大,导致其时间分辨率较低,对测量系统的响应速度有影响。压电陶瓷法测量位移速度快,但是需要进行接触式测量,其测量线性度也不佳,应用场景受限(Piezoelectricceramicscharacterization[R].INSTITUTEFORCOMPUTERAPPLICATIONSINSCIENCEANDENGINEERINGHAMPTONVA,2001.)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种非接触式高信噪比、快速测量纳米位移的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:本专利技术的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,包括依次排列的He-Ne激光器、(1,0)模厄米高斯光生成装置、聚焦物镜、金属纳米结构、油浸物镜、成像管镜、挡光板、成像透镜、CCD探测器。本专利技术的上述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置实现纳米位移测量的方法,包括步骤:He-Ne激光器出射的光束经过(1,0)模厄米高斯光生成装置后生成(1,0)模厄米高斯光场;该(1,0)模厄米高斯光场由聚焦物镜耦合至金属纳米结构表面;利用油浸物镜将金属纳米结构产生的SPPs信号收集,再通过成像管镜和成像透镜将SPPs信号耦合至安放于傅里叶面的CCD探测器上,并使用挡光板滤除直流信号,得到SPPs频谱强度分布图像;再将预先记录的无入射光时的图像作为噪声背景扣除,消除环境光的影响,得到理想的SPPs频谱图像;从所得图像中提取SPPs所对应区域的强度,计算得到强度比值。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出,本专利技术实施例提供的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法,基于厄米高斯光非对称激发SPPs特性,通过傅立叶面成像,实现了对纳米位移的非接触式快速测量。该方法具有高灵敏度,测量速度快、非接触等特点。能实现对纳米位移的非接触式快速测量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置的结构示意图;图2为本专利技术实施例所用金属纳米结构的示意图(a)和扫描电镜照片(b);图3为本专利技术实施例所用激发光场(1,0)模厄米高斯光的光强分布图;图4为本专利技术实施例CCD采集的傅立叶面图像;图5为本专利技术实施例测量线性区域的强度比值-位移曲线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本专利技术的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其较佳的具体实施方式是:包括依次排列的He-Ne激光器、(1,0)模厄米高斯光生成装置、聚焦物镜、金属纳米结构、油浸物镜、成像管镜、挡光板、成像透镜、CCD探测器.所述的(1,0)模厄米高斯光生成装置包含一个起偏器、一个S波片和一个检偏器.所述金属纳米结构包括使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜,并在薄膜上加工出纳米精度的凹槽阵列。所述的(1,0)模厄米高斯光生成装置经起偏器得到线偏振光,之后经过S波片转化为径向偏振光,之后经检偏器得到(1,0)模厄米高斯光;所述He-Ne激光器出射的光束经过(1,0)模厄米高斯光生成装置后生成(1,0)模厄米高斯光场;利用聚焦物镜将(1,0)模厄米高斯光场耦合至金属纳米结构表面;所述金属纳米结构使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜支持SPPs表面波;利用油浸物镜将金属纳米结构产生的SPPs信号泄露收集;利用成像管镜和成像透镜将SPPs信号耦合至安放于傅里叶面的CCD探测器上,并使用挡光板滤除直流信号,得到SPPs频谱强度分布图像;从所得频谱像中提取SPPs所对应区域的强度,计算得到强度比值,获得相对于系统中心的位移量。本专利技术的上述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置实现纳米位移测量的方法,其较佳的具体实施方式是:包括步骤:He-Ne激光器出射的光束经过(1,0)模厄米高斯光生成装置后生成(1,0)模厄米高斯光场;该(1,0)模厄米高斯光场由聚焦物镜耦合至金属纳米结构表面;利用油浸物镜将金属纳米结构产生的SPPs信号收集,再通过成像管镜和成像透镜将SPPs信号耦合至安放于傅里叶面的CCD探测器上,并使用挡光板滤除直流信号,得到SPPs频谱强度分布图像;再将预先记录的无入射光时的图像作为噪声背景扣除,消除环境光的影响,得到理想的SPPs频谱图像;从所得图像中提取SPPs所对应区域的强度,计算得到强度比值。对SPPs频谱一次成像即可得到强度比值,将该值代入强度比值-位移曲线查找,获得金属纳米结构相对于系统中心的位移量。表面等离激元(SurfacePlasmonPolaritons:SPPs)是电磁场与金属表面自由电子共振耦合形成的一种在金属表面传播的电磁场模式。SPPs具有压缩光波长和增强局域电磁场强度的作用,从而在多个领域如集成光电子学、生物学、非线性光学得到了广泛应用。由于SPPs的独特性质,使其在高灵敏度传感(Nanostructuredplasmonicsensors[J].Chemicalreviews,2008,108(2):494-521.)、辐射方向调控(Unidirectionalemissionofaquantumdotcoupledtoananoantenna[J].Science,2010,329(5994):930-933.)等方向有广泛应用。本专利技术利用具有强烈位相梯度的光场(如厄米高斯光)作为激发场,利用金属表面凹槽阵列天线感生偶极子间相互作用造成的SPPs不对称散射特性,并通过傅立叶面成像,专利技术了一种高信噪比、纳米级的精密位移测量新方法本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其特征在于,包括依次排列的He‑Ne激光器(1)、(1,0)模厄米高斯光生成装置(2)、聚焦物镜(3)、金属纳米结构(4)、油浸物镜(5)、成像管镜(6)、挡光板(7)、成像透镜(8)、CCD探测器(9)。

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其特征在于,包括依次排列的He-Ne激光器(1)、(1,0)模厄米高斯光生成装置(2)、聚焦物镜(3)、金属纳米结构(4)、油浸物镜(5)、成像管镜(6)、挡光板(7)、成像透镜(8)、CCD探测器(9)。2.根据权利要求1所述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其特征在于,所述的(1,0)模厄米高斯光生成装置(2)包含一个起偏器、一个S波片和一个检偏器。3.根据权利要求2所述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其特征在于,所述金属纳米结构(4)包括使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜,并在薄膜上加工出纳米精度的凹槽阵列。4.根据权利要求3所述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置,其特征在于:所述的(1,0)模厄米高斯光生成装置(2)经起偏器得到线偏振光,之后经过S波片转化为径向偏振光,之后经检偏器得到(1,0)模厄米高斯光;所述He-Ne激光器(1)出射的光束经过(1,0)模厄米高斯光生成装置(2)后生成(1,0)模厄米高斯光场;利用聚焦物镜(3)将(1,0)模厄米高斯光场耦合至金属纳米结构(4)表面;所述金属纳米结构(4)使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜支持SPPs表面波;利用油浸物镜(5)将金属纳米结构(4)产生的S...

【专利技术属性】
技术研发人员:臧天阳鲁拥华王沛
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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