[发明专利]一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法，包括依次排列的He‑Ne激光器、(1,0)模厄米高斯光生成装置、聚焦物镜、金属纳米结构、油浸物镜、成像管镜、挡光板、成像透镜、CCD探测器；(1,0)模厄米高斯光生成装置包含一个起偏器、一个S波片和一个检偏器；金属纳米结构包括使用贵金属材料加工出的纳米级厚度薄膜，并在薄膜上加工出纳米精度的凹槽阵列。利用(1,0)模厄米高斯光实现SPPs的不对称激发，测量灵敏度高；于傅里叶面一次成像即可得到位移量，信噪比高，无需追踪扫描和复杂计算，实现信号快速处理和位移的实时反馈。

技术领域

本发明涉及一种纳米位移测量的技术，尤其涉及一种基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法。

背景技术

光电器件小型化、集成化的发展对微纳加工、装配精度提出了更高的要求。发展纳米精度的位移测量和校准技术对于制备合格微纳光电器件，确保器件的性能具有重要的意义。常见的纳米位移测量方法主要有：干涉条纹法(A nanometric displacementmeasurement method using the detection of fringe peak movement[J].MeasurementScience and Technology,2000,11(9):1352.)、针孔法(Direct measurement ofnanometric displacement under an optical microscope[J].Applied optics,1987,26(16):3425-3427.)、压电陶瓷法等。其中干涉条纹法使用干涉仪装置，通过干涉条纹的移动计算位移量大小，测量精度在1/2至1/20波长的量级(Displacement measurements usinga self-mixing laser diode under moderate feedback[J].IEEE Transactions onInstrumentation and Measurement,2006,55(4):1101-1105.)，难以实现几纳米级别的位移测量，空间分辨率较差，同时干涉法对环境稳定性要求很高，系统结构也很复杂。由于干涉法所需计算量较大，导致其时间分辨率较低，对测量系统的响应速度有影响。压电陶瓷法测量位移速度快，但是需要进行接触式测量，其测量线性度也不佳，应用场景受限(Piezoelectric ceramics characterization[R].INSTITUTE FOR COMPUTERAPPLICATIONS IN SCIENCE AND ENGINEERING HAMPTON VA,2001.)。

发明内容

本发明的目的是提供一种非接触式高信噪比、快速测量纳米位移的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置，包括依次排列的He-Ne激光器、(1,0)模厄米高斯光生成装置、聚焦物镜、金属纳米结构、油浸物镜、成像管镜、挡光板、成像透镜、CCD探测器。

本发明的上述的基于表面等离激元非对称激发的纳米位移测量装置实现纳米位移测量的方法，包括步骤：

He-Ne激光器出射的光束经过(1,0)模厄米高斯光生成装置后生成(1,0)模厄米高斯光场；

该(1,0)模厄米高斯光场由聚焦物镜耦合至金属纳米结构表面；

利用油浸物镜将金属纳米结构产生的SPPs信号收集，再通过成像管镜和成像透镜将SPPs信号耦合至安放于傅里叶面的CCD探测器上，并使用挡光板滤除直流信号，得到SPPs频谱强度分布图像；

再将预先记录的无入射光时的图像作为噪声背景扣除，消除环境光的影响，得到理想的SPPs频谱图像；

从所得图像中提取SPPs所对应区域的强度，计算得到强度比值。