一种原子力显微镜探针光热激发探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，包括：集成装置外壳、固定于所述集成装置外壳内的激发激光器、探测激光器及四象限探测器，且所述集成装置外壳上固接有夹持件，所述夹持件上固接有探针；所述激发激光器倾斜固定于集成装置外壳内，所述探测激光器水平设置于集成装置外壳内，且所述激发激光器与探测激光器呈锐角设置；集成装置外壳靠近夹持件位置上设置有物镜，所述物镜在竖直方向位于四象限探测器的下方。根据本发明专利技术，实现高效的振动激发，激发与探测一体化的装置，简化了激光光斑调节、探针位置调节的流程。探针位置调节的流程。探针位置调节的流程。

【技术实现步骤摘要】
一种原子力显微镜探针光热激发探测装置


[0001]本专利技术涉及探测装置的
，特别涉及一种原子力显微镜探针光热激发探测装置。

技术介绍

[0002]原子力显微镜(AFM)通过探针针尖与材料表面之间的振动接触来绘制出物体表面的形貌图。使探针产生共振要采用外部场能激励的方法，主要有声波激励法、静电激励法、磁激励法、压电陶瓷激励法。与上述激励法相比，光热激励法有着明显的技术优势，如：无接触测量，无损伤探测、测量精度高、不受外界电磁环境干扰、无漏电现象，在易燃易爆环境中也可以安全工作。本专利技术把激光的光热效应作为激励方法。
[0003]市售的原子力显微镜多采压电陶瓷激励探针振动。观察探针的振幅，当振幅最大时认为达到共振频率。当采用压电陶瓷激励时会出现多个共振峰，要在整个频率范围内不断调整频率、观察振幅，以寻找与探针匹配的振动频率。多个共振峰的存在，在调试的过程中还可能会对探针结构造成损坏。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术的目的是提供一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，实现高效的振动激发，激发与探测一体化的装置，简化了激光光斑调节、探针位置调节的流程。为了实现根据本专利技术的上述目的和其他优点，提供了一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，包括：
[0005]集成装置外壳、固定于所述集成装置外壳内的激发激光器、探测激光器及四象限探测器，且所述集成装置外壳上固接有夹持件，所述夹持件上固接有探针；
[0006]所述激发激光器倾斜固定于集成装置外壳内，所述探测激光器水平设置于集成装置外壳内，且所述激发激光器与探测激光器呈锐角设置；
[0007]集成装置外壳靠近夹持件位置上设置有物镜，所述物镜在竖直方向位于四象限探测器的下方。
[0008]优选的，集成装置外壳内与探测激光器相对的设置的直角棱镜放射镜，所述直角棱镜放射镜位于物镜的上方。
[0009]优选的，所述探针位于夹持件上水平放置，且所述探针与物镜相互平行设置，所述夹持件上设置有上下位置按钮与左右调节按钮。
[0010]优选的，所述激发激光器上设置有第一准直器，所述探测激光器上设置有第二准直器，所述第一准直器与第二准直器均用于将光束变成平行光。
[0011]优选的，所述探针包括金属薄膜层及设置于所述金属薄膜层上的氮化硅基底。
[0012]本专利技术与现有技术相比，其有益效果是：激发激光器、探测激光器、聚焦透镜以及探针夹持工具集成到同一个装置中；激发振动的激光束与探测用的激光束的位置固定，保证了系统的稳定性；只需要调节夹持工具的上下位置即可完成激发激光束在探针表面的聚
焦过程。
附图说明
[0013]图1为根据本专利技术的原子力显微镜探针光热激发探测装置及方法的结构示意图；
[0014]图2为根据本专利技术的原子力显微镜探针光热激发探测装置的光热激发方式温度分布图；
[0015]图3为根据本专利技术的原子力显微镜探针光热激发探测装置的光热激发作用点处的力值分布图；
[0016]图4为根据本专利技术的原子力显微镜探针光热激发探测装置的振动幅度与频率的关系在压电激发与光热激发方式下的对比图；
[0017]图5为根据本专利技术的原子力显微镜探针光热激发探测装置的探针温度灵敏度与厚度比的关系图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]参照图1
‑
5，一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，包括：集成装置外壳12、固定于所述集成装置外壳12内的激发激光器1、探测激光器5及四象限探测器8，且所述集成装置外壳12上固接有夹持件9，所述夹持件9上固接有探针4；所述激发激光器1倾斜固定于集成装置外壳12内，所述探测激光器5水平设置于集成装置外壳12内，且所述激发激光器1与探测激光器5呈锐角设置；集成装置外壳12靠近夹持件9位置上设置有物镜3，所述物镜3在竖直方向位于四象限探测器8的下方，通过夹持件9固定住把探针4，使得探针4水平。由激发激光器1发出一束以正弦变化的激光，激光功率为5mW，光束与水平面的夹角为60
°
，其频率等于探针频率290kHz，激光器1发出的激光经过第一准直器2后光束变为平行光，平行光经过聚焦物镜3，聚焦后的光斑照射到探针4上表面。探针4上表面有一层金属薄膜，当光斑照射在上面时，产生的热量会被吸收从而形成热应力，产生热振动，探测激光器5波长633nm，3mW。探测激光器5发出的恒定激光经过第二准直器6照射到直角棱镜反射镜7(直角棱镜反射镜7的斜边与水平面夹角为50
°
)，由聚焦物镜3进行聚焦，调节聚焦透镜3与夹持件9的上下位置可以改变聚焦光斑的大小与激发激光的光斑位置。聚焦后的光斑照射到探针4前端的上表面。探针4上表面的涂层材料不吸收该种波长的激光，激光在上表面发生反射，反射后的光束进入到四象限探测器8。
[0020]探测激光的光斑一直照在探针前端表面，并反射到四象限探测器中。当探针针尖遇到被测材料高低起伏的地方时，会使探针振动的幅度发生变化，光斑随之变化，四象限探测器接收到代表振动幅度的变化量的反馈信号后，送入处理器对被测材料的表面形貌进行描述，可得到探针下被测试的材料的形貌图。
[0021]进一步的，集成装置外壳12内与探测激光器5相对的设置的直角棱镜放射镜7，所述直角棱镜放射镜7位于物镜3的上方。
[0022]进一步的，所述探针4位于夹持件9上水平放置，且所述探针4与物镜3相互平行设置，所述夹持件9上设置有上下位置按钮10与左右调节按钮11，转动上下位置按钮10，使激光光斑在探针表面实现聚焦，转动左右调节按钮11，调整激光光斑在探针表面的位置。激发激光在探针4表面形成温度场图2所示。温度差使得探针4弯曲，弯曲力分布图如图3所示。探针4弯曲的幅度最大可达100nm左右，如图4所示。
[0023]进一步的，所述激发激光器1上设置有第一准直器2，所述探测激光器5上设置有第二准直器6，所述第一准直器2与第二准直器6均用于将光束变成平行光。
[0024]进一步的，所述探针4包括金属薄膜层及设置于所述金属薄膜层上的氮化硅基底，在双层探针4结构中，上层金属薄膜层的厚度与下层氮化硅基底的厚度比应控制在范围内，如图5所示。
[0025]一种原子力显微镜探针光热激发探测方法，包括以下步骤：
[0026]S1、打开激发激光器1与探测激光器5，激发激光经过第一准直器2变为一束不带发散角的平行光，经过聚焦物镜3在探针4表面形成一个激发光斑；
[0027]S2、探测激光器5的光束经过第二准直器6变为一束不带发散角的光束，光束经过直角棱镜放射镜7反射后进入聚焦物镜3，聚焦后在探针表面形成一个激光光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，其特征在于，包括：集成装置外壳(12)、固定于所述集成装置外壳(12)内的激发激光器(1)、探测激光器(5)及四象限探测器(8)，且所述集成装置外壳(12)上固接有夹持件(9)，所述夹持件(9)上固接有探针(4)；所述激发激光器(1)倾斜固定于集成装置外壳(12)内，所述探测激光器(5)水平设置于集成装置外壳(12)内，且所述激发激光器(1)与探测激光器(5)呈锐角设置；集成装置外壳(12)靠近夹持件(9)位置上设置有物镜(3)，所述物镜(3)在竖直方向位于四象限探测器(8)的下方。2.如权利要求1所述的一种原子力显微镜探针光热激发探测装置，其特征在于，集成装置外壳(12)内与探测激光器(5)相对的设置的直角棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶春先，韩朝霞，金涛，
申请(专利权)人：苏州光迈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：