[实用新型]一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置

说明书

本实用新型公开了一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置，包括物镜组件和设置在样品上方的探头装置，所述物镜组件位于探头装置上方；所述探头装置包括激光器、微悬臂探针和激光接收器；所述激光器发射的激光经过微悬臂探针的悬臂梁背面反射后被激光接收器接收。本实用新型的物镜组件完全处于探头装置上方，因此不会影响到物镜组件的物镜切换，从而实现了与常规光学显微镜的联用，并且探头装置仅包括了激光器、微悬臂探针和激光接收器，内部构造简单，且不会降低入射激光的光强和样品观测的分辨率。本实用新型作为一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置可广泛应用于扫描探针显微镜等纳米表征领域中。

技术领域

本实用新型涉及扫描探针显微镜等纳米表征领域，尤其涉及一种基于扫描探针显微镜的激光检测装置。

背景技术

自1982年扫描隧道显微镜(STM)出现以后，又陆续发展出了一系列工作原理相似的新型显微技术，主要包括原子力显微镜(AFM)、横向力显微镜(LFM)、磁力显微镜(MFM)、静电力显微镜(EFM)、近场光学显微镜(SNOM)、压电力显微镜(PFM)、扫描探针声学显微镜(SPAM)等，由于它们都是利用探针对被测样品进行扫描，同时检测扫描过程中探针与样品的相互作用(如样品-探针间的相互作用力等)，得到样品相关性质(如形貌、摩擦力、磁畴结构等)，因而统称为扫描探针显微镜(SPM)。

扫描探针显微镜具有很高的分辨率，但受高精度压电驱动器运动行程的限制，其检测范围一般在100μm以内，在实际应用中，只能观测到样品的局部而不能观测到样品的整体。随着扫描探针显微镜的不断普及和应用领域的拓展，在如细胞生物学、分子生物学、微电子、纳米材料科学等领域的实际应用中，由于样品的不均匀性，需要检测的结构及探针定位精度要求达到1μm以上，这就要求配套的光学显微镜具有更高的分辨率，而高分辨光学显微镜必须通过缩短物镜工作距离(指成像时物镜前端离样品的距离)，来提升物镜的数值孔径(NA)，确保其具备足够分辨率。

现有技术的第一种扫描探针显微镜探头，该扫描探针显微镜探头采用的方案是尽量缩小激光束反射镜20的体积，使光学显微镜的物镜(即物镜组件1)可以更加接近微悬臂探针4 和样品11，如图1所示，在样品11和微悬臂探针4上方为光学显微镜的高倍物镜(即物镜组件1)腾出空间，使得光学显微镜的分辨率优于1μm。虽然这一技术为高分辨光学显微镜留出物镜空间，但是这个物镜空腔30只能容纳单一的高倍长焦物镜，如果采用常规的带有物镜转换器的多物镜光学显微镜，并选定某一物镜进行观测成像时，旁边物镜顶到物镜空腔30 边缘，可能使其无法进入工作距离，造成光学显微镜无法工作；而且当物镜进入物镜空腔30 后，物镜会受物镜空腔30限制在水平面上没有移动空间，使得物镜转换器无法通过旋转进行多物镜的切换。因此该结构探头只能配合特殊设计的光学显微镜工作，不能实现与常规光学显微镜的联用。另外，还有如图2所示的现有技术的第二种扫描探针显微镜探头结构，该探头通过增加3个反射镜20和1个半反半透反射镜21来改变探针入射和反射激光束的方向，使激光器3和激光接收器5下置，“样品-微悬臂探针”体系正上方完全腾空。激光器3发出的激光经过1个反射镜20和1个半反半透反射镜21到达微悬臂探针4的悬臂梁，激光在悬臂梁的反射后再经过2个反射镜20到达激光接收器5。这种激光器3和激光接收器5下置的探头结构可以为常规的带有物镜转换器的多物镜光学显微镜物镜(即为物镜组件1)留出工作空间，但探头结构的改变带来的问题是：位于微悬臂探针4正上方的半反半透反射镜21使得入射激光只有一半能够打到微悬臂探针4的悬臂梁背面来用于微悬臂探针4的运动检测，从而使入射激光光强损失一半；同时位于微悬臂探针4正上方的半反半透反射镜21也使得样品11的光学信号只有一半能被光学显微镜系统的物镜收集，故物镜的有效数值孔径减小近半，而光学显微镜系统的实际分辨率也降低一半左右，故难以实现高于1μm的高分辨光学成像和定位；此外，下置的激光器、接收器及相关的调节机构限制了样品腔的大小，无法满足大尺寸样品检测的要求；再加上此探头结构复杂、加工、装配调试、操作使用困难，实用性低。因此，现有技术手段存在不能实现与常规光学显微镜的联用或结构复杂和实用性较低的缺点。

实用新型内容