一种光束位移放大技术制造技术

一种光束位移放大技术，基于光学物镜成像原理和高灵敏的位置传感器，最高可将位移放大200倍，位移理论分辨率达到1nm，并且入射光斑由物镜会聚，光斑小于5μm，可以测量微区材料如机械剥离二维材料。入射光斑由格兰泰勒棱镜，二分之一波片和四分之一调整偏振后照射到样品上，与样品相互作用，发生横向光子自旋霍尔效应位移与纵向的古斯

【技术实现步骤摘要】
一种光束位移放大技术


[0001]本专利技术属于光学精密测量和二维材料领域，涉及一种利用光学物镜成像原理和高精度位置传感器结合探测二维材料中光束纳米级移动的直接测量技术。

技术介绍

[0002]高精度测量光束位移测量在基本物理问题的研究和科学技术的应用等许多方面都具有重要意义。光束位移分为光的传播方向位移和垂直传播方向的空间位移。传播方向位移基于激光干涉引力波天文台(LIGO)可以达到10
‑
18
m的分辨率，由于LIGO的高精度测量，引力波与2015年被观测到。高精度的空间位移测量同样很重要，当有限截面光束发生反射和折射时，在交界面会发生纵向和横向的空间位置移动，纵向位移为古斯
‑
汉森(GH)位移，横向为光子自旋霍尔效应(SHEL)位移。它们的移动距离均为波长量级，因此很难被直接观测到。准确测量GH位移和SHEL位移可以帮助我们理解光与物质之间的相互作用原理以及自旋角动量和轨道角动量的转化过程，尤其是二维材料中的光束位移。二维材料因其良好的电学，光学和化学性能，特别是其超导电性和能谷霍尔效应而受到广泛关注。尽管二维材料是研究光束位移的良好平台，但对二维材料的GH位移和SHEL位移的研究很少，特别是对于纳米级位移和微米尺寸的机械剥离二维材料。
[0003]目前对于GH位移和SHEL位移主要是以下两个方案，一是利用多次反射去增大位移，应用限制较多，不能广泛推广。二是利用弱测量技术放大位移，弱测量技术是目前运用最广泛的位移测量技术，但是它的位移放大因子受影响参数多，如入射角度，前后选择态的夹角甚至样品的厚度，需要进行复杂的运算。并且在测量复折射率材料如二维材料时，放大因子无法计算出，只能得到放大位移而无法获得材料的真实位移。并且弱测量技术中的入射光斑较大，无法测量具有高质量性质的机械剥离二维材料等其他微结构的光束位移。因此一种能够直接测量二维材料光束位移的放大技术仍然缺乏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了一种可以将光束位移放大200倍使理论分辨率达到1nm的光束位移直接测量技术，以便更深入研究二维材料与光的作用机制。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所述方法的步骤如下：
[0006]第一步，利用压电位移台确定位置传感器的原始分辨率；
[0007]第二步，利用压电位移台确定位移放大技术的放大系数和灵敏度；
[0008]第三步，二维材料的制备，用机械剥离的方法在K9基底上制备，获得机械剥离的样品，并将基底用香柏油与三棱镜贴合在一起；
[0009]第四步，用位移放大技术测量二维材料SHEL位移，通过旋转二分之一波片改变入射光为左旋光或右旋光，通过相机使入射光斑打在样品上，用位置传感器读取出不同偏振的放大位移，除以放大系数即可得实际的SHEL位移；
[0010]第五步，用位移放大技术测量二维材料GH位移，通过旋转二分之一波片改变入射
光为s偏振光或p偏振光，通过相机使入射光斑打在样品上，用位置传感器读取出不同偏振的放大位移，除以放大系数即可得实际的GH位移；
附图说明
[0011]图1位置传感器分辨率测量和位移放大技术的光路示意图；
[0012]图2位移传感器和位移放大技术的放大因子及分辨率数据图；
[0013]图3二硫化钼光学照片以及SHEL位移随二分之一波片旋转角度的变化的数据图；
[0014]图4黑磷光学照片以及GH位移随二分之一波片旋转角度的变化的数据图。
具体实施方式
[0015]为了进一步说明本专利技术，下面以附图的方式并结合实例对本专利技术提供的位移放大技术进行详细描述，但不能将其理解为对本专利技术保护范围的限定。以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料都可应用于本专利技术方法中。
[0016]实施例1
[0017]位移传感器和位移放大技术的放大因子及分辨率测量
[0018]如图1a光路所示，利用压电位移台确定位置传感器的原始分辨率，从图2a数据可以看出，最小分辨的步长为200nm，斜率即为放大因子数值为0.97，说明位置传感器的原始分辨率为200nm并且位移没有放大。图1b光路为位移放大技术的光路示意图，我们有两个方案，方案一为红色方框，只利用物镜1进行位移放大，并通过改变管透镜1的焦距来改变位移的放大因子。图2b为方案一中物镜1为50倍物镜，管透镜1焦距分别为200mm，400mm，500mm数据示意图，可以看出放大因子分别为50.07，100.01，124.92。图2c为方案二数据图，此时物镜1与物镜2为10倍物镜，管透镜1和管透镜2的焦距分别为400mm和200mm，可以看出放大因子为199.6，因此理论分辨率可以达到1nm。图2c为利用压电位移台确定位移放大技术的分辨率，可以看出可分辨最小步长为4nm，因此位移放大技术的实验分辨率为4nm。
[0019]实施例2
[0020]二硫化钼SHEL位移测量
[0021]图3a所示为用机械剥离的方法在K9基底上制备1到3层二硫化钼样品。其厚度已经经过原子力显微镜和反射光谱确定。图3b为基底和1到3层SHEL位移，可以看出当入射光为右旋光时位移最大，左旋光时位移最小。并且右旋光和左旋光的位移差随层数增加而逐渐减小。
[0022]实施例3
[0023]黑磷GH位移测量
[0024]图4a所示为黑磷显微图像，黑磷具有面内各向异性，其晶向已经由箭头标出。如图4a所示我们分别测量了不同晶向GH位移，p偏振光位移和s偏振光位移均在数据图中标出，可以看出沿AC轴的GH位移大于沿ZZ轴的位移。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光束位移放大技术的测定方法，其特征在于将物镜成像原理与位置传感器结合可以将光束位移放大，所示方法包括：二维材料贴附在三棱镜表面，激光由入射物镜聚焦到三棱镜表面，方案一为收集光由物镜1和管透镜1收集并将位移放大，位置传感器读出放大后的位移，根据物镜1的倍数以及管透镜1的焦距计算出放大因子，由此可计算出真实位移。方案二为收集光由物镜1和物镜2级联放大光束位移，其放大因子由物镜1和物镜2的倍数和管透镜1和管透镜2的焦距计算出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所测量的二维材料不仅仅限于二维材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘智波，李德康，田建国，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：