[发明专利]一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置，属于显微镜技术领域。

背景技术

扫描探针显微镜(SPM)是通过检测待测样品表面与一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力，来研究物质表面结构及性质的元器件。使用时，将对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，用另一端的微小针尖接近样品，这时针尖将与待测样品原子之间产生相互作用力，该作用力将使得微悬臂发生形变或改变其运动状态；扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息。

工作中，通常利用激光检测法测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而以纳米级分辨率获得样品表面结构信息。所谓激光检测法，是指激光器发出的激光束经过光学系统聚焦在探针微悬臂背面，并从微悬臂背面反射到由光电二极管构成的光斑位置四象限检测器；在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用力，微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏，反射光束也将随之偏移，因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面的形貌信息。由此可见，扫描探针显微镜主要通过激光检测扫描探针工作时的微形变来获得样品表面信息，但是由于扫描探针的针尖和悬臂相当微小，悬臂的宽度一般小于0.03mm，而针尖更小，肉眼无法看到，因此对激光光路的要求相当高。

传统扫描探针显微镜的激光管均采用可调节式设计，以便于将激光光斑照射到探针前端部位置，如中国专利文献CN1913043A公开了一种原子力显微镜扫描探头，其包括激光器、两个反射镜、四象限光电位置检测器、微悬臂、放大镜组件和CCD。该专利文献公开的原子力显微镜扫描探头通过放大镜将激光光斑放大后显示在电脑屏幕上，进而便于观察。然而上述文献公开的原子力扫描探头在使用中依然存在以下缺陷：

在调节激光光斑时，除了需要通过调节激光器和四象限探测器外，还需要调节设置在入射光路上的反光镜和设置在反射光路上的反光镜，虽然最终能够将激光光斑调节到适宜位置，但是需要耗费较多的调节时间，进而严重影响显微镜的检测效率。另外，由于该显微镜的激光器、四象限探测器及两个反光镜始终处于可调节的状态，外界环境很容易干扰反光镜的倾斜角度，以及激光器和四象限探测器的调节转盘，例如，在更换探针或显微镜久置后，反光镜的倾角和/或调节转盘转角会发生一定位置改变，而通过光路的放大作用，该位置改变将会使探针端部的光斑位置产生较大的位移，进而使四象限探测器无法接收到反射光或接收量很小，进而影响观测结果，这就需要在每次更换探头时均需要重新调节激光光斑。

因此，传统的探针显微镜采用的光路可调节式设计，虽然能够将光斑位置调整到位，但却需要在每次使用或更换探头时都进行光斑位置调节，进而导致操作繁琐，检测周期长，且检测效率低。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有原子力显微镜光斑调节较为繁琐，每次更换探针后都要进行调节，且观测效率和使用效率均较低的弊端；进而提供一种新型的基于扫描探针显微镜的激光检测装置，该检测装置光路简单、操作方便，每次更换探针后无需重新调节激光位置，可大大缩短检测周期，提高检测效率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置，其包括设置在激光调节座上的激光器，设置在四象限调节座上的四象限探测器，以及用于放置探针的探针架，所述激光调节座和所述四象限调节座固定设置，所述激光器发出的入射光照射到所述探针的微悬臂上表面，并经所述微悬臂上表面反射进入所述四象限探测器内，所述激光器产生的激光光斑位于所述探针微悬臂的靠近端部的一侧，所述探针架设置在导轨座上，所述探针架上固定设有定位块，所述定位块上设置有用于放置探针的定位槽。

所述导轨座上设置有导轨槽或导轨凸起，所述探针架上设有与所述导轨槽或所述导轨凸起配合的凸起或凹槽，所述探针架通过所述凸起或所述凹槽安装在所述导轨座的所述导轨槽内。

所述导轨槽或所述导轨凸起为燕尾槽或燕尾式凸起。

所述凸起与所述导轨槽底面配合的一侧设有至少一块磁铁。

所述定位块胶接在所述探针架上。

所述定位槽设置在所述定位块的下表面。

所述定位槽内设置有用于调节探针插入深度的滑块。

所述定位槽处设置有弹片，所述弹片的一端固定在探针架上，所述弹片的自由端弹性抵靠在所述定位块的下表面以将所述探针固定在所述定位槽内。

所述激光调节座和所述四象限调节座固定设置在所述导轨座的上端。

所述激光调节座和所述四象限调节座固定设置在壳体上。