[发明专利]一种用于真空环境型原子力显微镜的光机结构装置

权利要求书

1.一种用于真空环境型原子力显微镜的光机结构装置，其特征在于，具有真空腔体模块、上光学成像及激光检测模块、下光学成像模块；

所述真空腔体模块包括真空腔、压电位移台、压电扫描器、载物片、样品台、探针和探针座；所述真空腔的下底面和上底面分别设有下凹槽和上凹槽；所述压电位移台设置于下凹槽向真空腔内部凸起的右侧，该压电位移台上面固定有压电扫描器；所述压电扫描器上面固定有载物片；所述载物片上与上凹槽和下凹槽的槽底对应处设置有样品台，用于安置样品；所述探针设置在样品台正上方，安装于探针座上；

所述上光学成像及激光检测模块包括第一物镜、第一手动位移台、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第三半透半反镜、激光器、第二手动位移台、可调反光镜、四象限探测器、第三手动位移台、第一光源和第一图像传感器；所述第一物镜的镜头朝向上凹槽的槽底，镜尾固定于第一手动位移台；所述第一手动位移台上方由下而上依次设置有第一半透半反镜、第二半透半反镜、第三半透半反镜和第一图像传感器；所述第一半透半反镜左侧设有可调反光镜；所述可调反光镜上方设有四象限探测器；所述四象限探测器固定于第二手动位移台；所述第二半透半反镜右侧设有激光器；所述激光器固定于第三手动位移台；所述第三半透半反镜右侧设有第一光源；

所述下光学成像模块包括第二物镜、第四手动位移台、第二光源、第四半透半反镜和第二图像传感器；所述第二物镜的镜头朝向下凹槽的槽底，镜尾固定于第四手动位移台；所述第四手动位移台下方由上而下依次设置有第四半透半反镜和第二图像传感器；第四半透半反镜右侧设有第二光源。

2.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述真空腔呈H型结构；所述上凹槽和下凹槽的槽底间距小于15mm。

3.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述压电位移台选用XYZ三维压电位移台；所压电扫描器选用XYZ三维压电扫描器。

4.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述第一手动位移台、第三手动位移台和第四手动位移台选用XY二维手动位移台；所述第二手动位移台选用X一维手动位移台。

5.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述第一物镜选用50倍物镜，第二物镜物选用100倍物镜。

6.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述第一图像传感器和第二图像传感器选用电荷耦合器件图像传感器。

7.根据权利要求1所述的光机结构装置，其特征在于，所述光机结构装置的工作过程如下：

1)准备：在真空腔中的样品台上安置样品、探针座上安装探针，密闭真空腔，抽取其中空气，同时降低温度，使样品和探针处于真空低温环境中；调整上光学成像及激光检测模块和下光学成像模块使光线聚焦于探针的悬臂或样品；

2)激光成像：激光器将激光射向第二半透半反镜，经半反射后到达第一半透半反镜上，经半透射后到达第一物镜，激光被第一物镜聚焦于探针的悬臂；该激光被探针的悬臂反射回第一物镜，通过第一物镜后再次到达第一半透半反镜，经半反射后到达可调反光镜，经反射后最终到达四象限探测器；四象限探测器将所接收的激光光斑信号传输给控制系统进行处理；

3)照明光成像：在激光成像的同时，第一光源和第二光源发出照明光；其中，第一光源所发出的照明光打在第三半透半反镜上，经反射后到达第二半反半透镜，依次穿过第二半透半反镜和第一半透半反镜到达第一物镜，被第一物镜聚焦于探针的悬臂，经探针的悬臂反射后依次穿过第一物镜、第一半透半反镜、第二半透半反镜、第三半透半反镜，最终打在第一图像传感器上进行光学成像；第二光源所发出的照明光打在第四半透半反镜上，经反射后到达第二物镜，被第二物镜聚焦于样品，经样品反射后依次穿过第二物镜、第四半透半反镜，最终打在第二图像传感器上进行光学成像；所述第一图像传感器和第二图像传感器将光学成像传输给控制系统进行处理。

8.根据权利要求7所述的光机结构装置，其特征在于，所述步骤2)中调节可调反光镜的角度和第二手动位移台的位置，使激光的光斑位于四象限检测器的中心位置。

9.根据权利要求7所述的光机结构装置，其特征在于，所述步骤3)中的探针和样品处于同一平面上。