CN109682995A - 一种散射式低温扫描近场光学显微镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散射式低温扫描近场光学显微镜，包括冷台、设置于冷台底部的样品扫描平台和探针扫描平台、抛物面镜平台以及底座，所述样品扫描平台包括扫描台，扫描台上设置有弹性夹片和样品架，样品架可插拔的夹于扫描台和弹性夹片之间以便于更换样品；所述探针扫描平台位于样品扫描平台相对一侧，包括连接于冷台底部的针尖耦合提取平台和针尖托，针尖托上固定有探针，针尖托以磁吸式连接于针尖耦合提取平台并且与扫描台相对以便于更换探针对样品进行扫描；所述抛物面镜平台设置于底座上以会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。本发明可以同时实现原位换探针和换样品，操作简单兼容性强。
Description
技术领域
本发明属于近场光学仪器技术领域，具体涉及一种散射式低温扫描近场光学显微镜。
背景技术
随着现代微纳加工技术和扫描探针显微技术的不断进步，近场光学显微镜也在不断的发展，出现各种反馈形式和工作方式的近场光学显微镜，这些近场光学显微镜得到近场光学图像的分辨率比较难于突破光的衍射极限，得到的分辨率比较低。为了将分辨率进一步提高，科学家们通过金属化的AFM探针，利用散射的方式得到了分辨率在～10nm左右或更好的近场光学图像，从而推动的近场光学领域的研究，同时，高真空以及液氦温区的突破衍射极限的近场成像系统在物理、化学、材料、生物、国防、信息等领域也都有重要应用。
但是目前，可以获得液氦温区的散射式红外或远红外近场成像系统只有一家公司在制作，其产品无法实现原位换针或换样品，且其散射式近场成像系统不能根据实际情况对各个平台进行定位，其工作环境和真空度也没有达到超高真空的要求，在科研应用和实际操作中都很不便，对实验数据也产生不良影响。
因此，有必要提出一种操作简单、极低温和超高真空环境下可扩展、可兼容的散射式低温扫描近场光学显微镜。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，克服上述缺陷，提出一种散射式低温扫描近场光学显微镜。
本发明采用以下技术方案，所述一种散射式低温扫描近场光学显微镜，包括冷台、样品扫描平台、探针扫描平台、抛物面镜平台以及底座，其中：
所述样品扫描平台设置于冷台底部，所述样品扫描平台包括扫描台，所述扫描台上设置有弹性夹片和样品架，所述样品架可插拔的夹于扫描台和弹性夹片之间以便于更换样品；
所述探针扫描平台设置于冷台底部且位于样品扫描平台相对一侧，所述探针扫描平台包括连接于冷台底部的针尖耦合提取平台和针尖托，所述针尖托上固定有探针，所述针尖托以磁吸式连接于所述针尖耦合提取平台并且与所述扫描台相对以便于更换探针对样品进行扫描；
所述抛物面镜平台设置于底座上，所述抛物面镜平台用于会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述样品扫描平台还包括有固定于冷台底部的第一XYZ移动机构，所述扫描台连接于第一XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述探针扫描平台还包括固定于冷台底部的第二XYZ移动机构，所述针尖耦合提取平台连接于所述第二XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动以调整针尖托在XYZ空间的位置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述抛物面镜平台包括第三XYZ移动机构和抛物面镜，所述第三XYZ移动机构固定于底座上，所述抛物面镜连接于所述第三XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动以会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
作为上述技术方案的进一步改进，所述抛物面镜选用尺寸为不大于1英寸的离轴抛物面镜。
作为上述技术方案的进一步改进，所述冷台固定于外部的低温恒温器上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述冷台与底座之间还设置减震臂。
本发明公开的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其有益效果在于，本发明中针尖托以磁吸的方式固定，可实现原位换针且可适用于各种类型的探针，样品架通过弹性夹片固定于扫描台，同时可以实现原位换样品，操作简单兼容性强；本发明结构简单构型小巧，可直接放置于超高真空腔内使用，适用性强；本发明中采用三个XYZ移动机构对各个平台进行空间位置调整且抛物面镜采用离轴抛物面镜会聚激光和收集散射光，能够有效的提取近场信号，具有较高的信噪比；冷台与底座之间还设置减震臂，使得本发明工作在低震动环境，实验结果可靠。
附图说明
图1是本发明优选实施例的总体结构示意图。
图2是本发明中样品扫描平台的一个视角示意图。
图3是图1中A部分的局部放大图。
附图标记包括：1-冷台，2-样品扫描平台，22-扫描台，21-第一XYZ移动机构，23-弹性夹片，24-样品架，25-凸耳，3-探针扫描平台，31-第二XYZ移动机构，32-针尖耦合提取平台，33-针尖托，34-磁铁，4-抛物面镜平台，41-第三XYZ移动机构，42-抛物面镜，5-底座，51-减震臂。
具体实施方式
本发明公开了一种散射式低温扫描近场光学显微镜，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1至图3，图1至图3示出了本发明的具体结构。所述一种散射式低温扫描近场光学显微镜，包括冷1、样品扫描平台2、探针扫描平台3、抛物面镜平台4以及底座5，其中：
所述样品扫描平台2设置于冷台1底部，所述样品扫描平台2包括扫描台22，所述扫描台22上设置有弹性夹片23和样品架24，所述样品架24可插拔的夹于扫描台22和弹性夹片23之间以便于更换样品；
所述探针扫描平台3设置于冷台1底部且位于样品扫描平台2相对一侧，所述探针扫描平台3包括连接于冷台1底部的针尖耦合提取平台32和针尖托33，所述针尖托33上固定有探针，所述针尖托33以磁吸式连接于所述针尖耦合提取平台32并且与所述扫描台22相对以便于更换探针对样品进行扫描；
所述抛物面镜平台4设置于底座5上，所述抛物面镜平台4用于会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
本发明中冷台1为近场光学显微镜提供低温环境，可以采用各种形式的制冷平台，通用性强，扫描台22为样品提供放置平台，扫描台22上设置有弹性夹片23和样品架24，在实际应用中样品是以胶黏的方式贴于样品架24上，而样品架24是可插拔的夹于扫描台22和弹性夹片23之间，需要更换样品时只需将样品架24拔出更换新的插入即可，更进一步地在本实施例中样品架24远离弹性夹片23的一侧还设置有一凸耳25，该凸耳25方便换取样品架，探针扫描平台3用于获取样品的光学图像，其中针尖耦合提取平台32上设置有磁铁34，针尖托33以磁吸的方式吸合于针尖耦合提取平台32上，而探针是安装于针尖托33上，以此可以方便的将针尖托33取下进行探针的更换，在实际中，可以根据需要换置各种探针(不仅可更换为AFM探针也可更换为STM探针)，抛物面镜平台4可将外部激光会聚到探针处以使得探针有效的提取近场信号(激光包括可见光、红外以及太赫兹波段的光)并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。本发明可以方便的进行样品和探针的更换，操作简单兼容性强。
进一步地，所述样品扫描平台2还包括有固定于冷台1底部的第一XYZ移动机构21，所述扫描台22连接于第一XYZ移动机构21并被带动在XYZ空间内运动。
进一步地，所述探针扫描平台3还包括固定于冷台1底部的第二XYZ移动机构31，所述针尖耦合提取平台32连接于所述第二XYZ移动机构31并被带动在XYZ空间内运动以调整针尖托33在XYZ空间的位置。
进一步地，所述抛物面镜平台4包括第三XYZ移动机构41和抛物面镜42，所述第三XYZ移动机构41固定于底座5上，所述抛物面镜42连接于于所述第三XYZ移动机构41并被带动在XYZ空间内运动以会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
具体地，所述第一XYZ移动机构21、第二XYZ移动机构31和第三XYZ移动机构41均采用本领域技术人员所公知的现有技术，第一XYZ移动机构21、第二XYZ移动机构31和第三XYZ移动机构41本身并不为本发明的发明点，所述第一XYZ移动机构21、第二XYZ移动机构31和第三XYZ移动机构41均包括X向步进电机、Y向步进电机和Z向步进电机，所述X向步进电机、Y向步进电机和Z向步进电机分别用于控制各个平台的X方向位移、Y方向位移和Z方向位移。本实施例中通过三个XYZ移动机构(21，31，41)分别对样品扫描平台2、探针扫描平台3以及抛物面镜平台4的空间位置进行调整，从而能够高精度的调节探针与样品的距离、激光会聚的方位，使得本发明能够有效的提取近场信号，具有较高的信噪比。
进一步地，所述抛物面镜42选用尺寸为不大于1英寸的离轴抛物面镜。
进一步地，所述冷台1固定于外部的低温恒温器上，从而使得本发明可以适用于各种形式的低温恒温器，适用范围广。
进一步地，所述冷台1与底座5之间还设置减震臂51。
具体地，由于各个XYZ移动机构的会带动各个平台进行移动扫描，为了防止在各个平台移动扫描过程中产生震动影响实验结果，在冷台1与底座5之间设置有减震臂51，使得本发明工作在低震环境，实验结果真实可靠。
值得一提的是，本发明所提出的散射式低温扫描近场光学显微镜的金属材质部分采用无氧铜或铝合金(如底座、减震臂、样品扫描平台)且其金属材质部分均经过表面抛光或镀金，由于无氧铜和铝合金均为导热率高的金属(在实际应用中也可选用其它导热率高的金属)，在金属材质上抛光或镀金，增强了本发明的热隔绝效果，使得本发明能够经受高温烘烤，适用于超高真空环境。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，包括冷台、样品扫描平台、探针扫描平台、抛物面镜平台以及底座，其中：
所述样品扫描平台设置于冷台底部，所述样品扫描平台包括扫描台，所述扫描台上设置有弹性夹片和样品架，所述样品架可插拔的夹于扫描台和弹性夹片之间以便于更换样品；
所述探针扫描平台设置于冷台底部且位于样品扫描平台相对一侧，所述探针扫描平台包括连接于冷台底部的针尖耦合提取平台和针尖托，所述针尖托上固定有探针，所述针尖托以磁吸式连接于所述针尖耦合提取平台并且与所述扫描台相对以便于更换探针对样品进行扫描；
所述抛物面镜平台设置于底座上，所述抛物面镜平台用于会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
2.根据权利要求1所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述样品扫描平台还包括有固定于冷台底部的第一XYZ移动机构，所述扫描台连接于第一XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动。
3.根据权利要求1所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述探针扫描平台还包括固定于冷台底部的第二XYZ移动机构，所述针尖耦合提取平台连接于所述第二XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动以调整针尖托在XYZ空间的位置。
4.根据权利要求1所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述抛物面镜平台包括第三XYZ移动机构和抛物面镜，所述第三XYZ移动机构固定于底座上，所述抛物面镜连接于于所述第三XYZ移动机构并被带动在XYZ空间内运动以会聚外部激光于探针处并收集带有样品信息的散射光于外部探测器。
5.根据权利要求4所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述抛物面镜选用尺寸为不大于1英寸的离轴抛物面镜。
6.根据权利要求1所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述冷台固定于外部的低温恒温器上。
7.根据权利要求1或6任一权利要求所述的一种散射式低温扫描近场光学显微镜，其特征在于，所述冷台与底座之间还设置减震臂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190426 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |