用于测量样品对激光发射的吸收的系统技术方案

一种用于测量样品对激光辐射的吸收的系统(10)，该系统包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量样品对激光发射的吸收的系统
[0001]本专利技术涉及原子力显微镜领域。更特别地，本专利技术涉及一种用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统以及使用该系统的方法，所述系统包括声学调制器。
[0002]自其在17世纪的发展以来，光学显微镜的分辨率只有在技术进步的推动下才能不断提高，特别是通过透镜系统的制造和设计的进步，以超越显微镜观察的极限。使用光直接观察物体因其简单性而形成光学显微镜的主要力量，但也是其最大的弱点。在物体达到接近照明波长的尺寸时，衍射现象使得难以甚至不可能观察到小于几百纳米的细节。
[0003]规避该衍射限制的一种方法是不使用光作为直接观察手段。因此，原子力显微镜(AFM)允许克服衍射所设置的限制，并允许达到迄今为止无与伦比的细节水平，而只允许表面的凸纹(reliefs)“可视化”。
[0004]AFM允许使用接触或直接接近样品表面的探针的扫描逐点分析表面，并且从文献US 2008/0283,755可知的PTIR(光热感应共振)技术是该方法的变体。表达直接接近被理解为：间隔小于10纳米。该技术允许通过将AFM与脉冲可调谐红外激光器(IR)耦合来测量样品的红外吸收。该方法的优点是能够测量几纳米量级的红外光谱，从而超过显微镜的常规分辨率限制。红外吸收的局部测量可以通过AFM探针的尖端与被IR激光照亮的样品区域接触来完成。事实上，当激光的波长对应于样品的吸收带时，吸收的红外光的能量直接转化为热量，该热量转变成温度的升高。因此，样品在几十纳秒的激光发射下迅速升温和膨胀。与样品接触的AFM的尖端将受到推力(或冲击)，并使AFM的杠杆振动。通过测量AFM杠杆振动的振幅，可以恢复到对吸收的测量(通过直接测量或通过振动的FFT分析)。
[0005]此外，杠杆的振动由许多基本振动模式组成，并且，当杠杆受到冲击时，它会在所有基本振动模式上振动。使吸收的测量更有效的一种方法是通过使杠杆共振来激发杠杆的一个基本模式。要做到这一点，必须使用一种激光器，该激光器能够在对应于杠杆模式的基本模式的频率范围之内(50与2000kHz之间)改变其发射频率，并且其分辨率为几十赫兹。本领域技术人员已知该方法，即本文称为“可调谐PTIR”(US 8,680,467 B2)。
[0006]然而，目前很少有红外激光器在发射频率和波长方面是可调谐的。只有QCL(量子级联激光器)技术允许该方法，这大大限制了可测量吸收光谱的范围和该方法的应用领域。实际上，QCL只产生波长大于3μm的辐射。
[0007]本专利技术旨在通过可调谐PTIR技术扩展可测量吸收光谱，从而通过克服发射频率可调谐激光器使用中固有的限制来拓宽其应用领域。

技术实现思路

[0008]为此，本专利技术提出一种用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，包括：
[0009](i)脉冲激光源，所述脉冲激光源适于以可调谐波长和以重复频率f
l
发射脉冲，并且布置成照亮样品的一部分，以便引起样品表面区域的热膨胀；
[0010](ii)AFM探针，所述AFM探针包括一个梁，所述梁承载AFM尖端，所述AFM尖端在所谓
的垂直方向上定向，并且布置成能够放置成与样品表面区域接触，在该样品表面区域的一侧引起热膨胀并在另一侧机械地保持，AFM探针具有在频率f
m
下的机械共振模式；以及
[0011](iii)检测器，所述检测器配置成测量由于样品表面区域吸收激光辐射而引起的AFM探针振荡的振幅，其特征在于，该系统还包括压电平移系统，该压电平移系统被设计为使样品在所述垂直方向上位移，所述位移以频率f
p
被调制，并且，其特征在于，检测器被配置成测量AFM探针的振荡的频率分量f
m
的振幅，频率f
p
被选择成通过声波的混合产生在频率f
m
下的AFM探针振荡。
[0012]本专利技术的优选但非限制性方面如下：
[0013]‑
压电平移系统的位移的调制频率f
p
是频率f
m
和频率f
l
之间的和或差。
[0014]‑
脉冲重复频率f
l
大于共振频率f
m
的机械共振模式的中高光谱宽度的一半。
[0015]‑
激光器的脉冲重复频率是可调谐的。
[0016]‑
脉冲激光源布置为使得被照明的样品的部分包括与AFM探针尖端接触的样品表面区域。
[0017]‑
脉冲激光源布置为使得被照亮的样品部分位于样品的第一面上，AFM探针布置为使得与AFM探针接触的样品表面区域位于与第一面相对的第二面上。
[0018]本专利技术的另一个主题是测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的方法，包括以下步骤：
[0019]a.用脉冲激光源照亮样品表面区域，所述脉冲激光源设计成以可调谐波长和重复频率f
l
发射脉冲；
[0020]b.放置AFM探针，所述AFM探针包括梁，所述梁具有AFM尖端，所述AFM尖端在一侧在所谓的垂直方向上定向，并在另一侧机械地保持，以便能够将AFM尖端放置成在一侧与被照亮的样品表面区域接触，所述探针具有在频率f
m
下的机械共振模式；
[0021]c.使用支撑样品的压电平移系统使样品表面在所述垂直方向上位移，所述位移以频率f
p
被调制，所述频率f
p
被选择成通过声波的混合产生在频率f
m
下的AFM探针振荡，以及
[0022]d.检测和测量由于表面吸收激光辐射而引起的AFM探针振荡的振幅。
[0023]根据这种方法的特定实施例：
[0024]‑
照亮样品表面区域的激光具有可调谐脉冲重复频率。
[0025]‑
通过以连续和不同的脉冲重复频率f
m
照亮样品表面区域来重复步骤a)至d)。
[0026]‑
通过用连续照明波长和不同的照明波长照亮样品表面区域来重复步骤a)至d)，以从对应于连续照明波长的AFM探针振荡的振幅的测量来形成吸收光谱。
[0027]‑
在由激光源照亮的样品表面的不同区域处重复步骤a)至d)，以从AFM探针振荡的振幅的测量来形成吸收图，所述AFM探针在接触模式下操作。
[0028]‑
AFM探针在峰值力轻敲模式下操作。
[0029]‑
AFM探针在轻敲模式下操作。
附图说明
[0030]本专利技术的其他特征、细节和优点将在阅读参考以示例方式给出的附图给出的描述时出现，并且其分别表示：
[0031]‑
图1，从现有技术可知的可调谐PTIR AFM的图；
[0032]‑
图2，根据本专利技术实施例的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统的图，以及
[0033]‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统(10)，包括：(i)脉冲激光源(2)，所述脉冲激光源适于以可调谐波长和以重复频率f
l
发射脉冲，并且布置成照亮所述样品的一部分，以便引起所述样品表面区域(3)的热膨胀；(ii)AFM探针，所述AFM探针包括梁(6)，所述梁承载AFM尖端(5)，所述AFM尖端在所谓的垂直方向上定向，并且布置成能够放置成与所述样品表面区域接触，在所述样品表面区域的一侧引起热膨胀(3)并在另一侧机械地保持，所述AFM探针具有在频率f
m
下的机械共振模式；以及(iii)检测器(8)，所述检测器配置成测量由于所述样品表面区域(3)吸收激光辐射而引起的所述AFM探针振荡的振幅，其特征在于，所述系统还包括压电平移系统(21)，所述压电平移系统被设计为使所述样品在所述垂直方向上位移，所述位移以频率f
p
被调制，并且，其特征在于，所述检测器被配置成测量所述AFM探针的振荡的频率分量f
m
的振幅，频率f
p
被选择成通过声波的混合产生在频率f
m
下的所述AFM探针的振荡。2.如权利要求1所述的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，其中，所述压电平移系统的位移的调制频率f
p
是频率f
m
与f
l
之间的和或差。3.如前述权利要求中任一项所述的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，其中，所述脉冲重复频率f
l
大于共振频率f
m
的机械共振模式的中高光谱宽度的一半。4.如前述权利要求中任一项所述的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，其中，所述激光器的脉冲重复频率是可调谐的。5.如前述权利要求中任一项所述的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，其中，所述脉冲激光源布置成使得被照亮的样品部分包括与所述AFM探针的尖端接触的所述样品表面区域(3)。6.如权利要求1至4中任一项所述的用于测量具有纳米或亚纳米空间分辨率的样品对激光辐射的吸收的系统，所述脉冲激光源布置为使得被照亮的样品部分(42)位于所述样品的第一面上，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大，
申请(专利权)人：巴黎萨克雷大学，
类型：发明
国别省市：