[发明专利]一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置

权利要求书

1.一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，包括：探测光路、不锈钢真空腔、三轴位移台、位移台促动器、步进电机、步进电机驱动板、Arduino板、同步带、同步齿轮、射频柔性波导、同轴线、直流电压源、正弦波发生器和频谱分析仪、Labview程序；不锈钢真空腔上设置有窗口，探测光路中设置有光电探测器；其特征在于，所述位移台促动器安装于三轴位移台上，所述射频柔性波导被用于连接所述不锈钢真空腔的射频接头与直流电压源、正弦波发生器，所述频谱分析仪与探测光路中的光电探测器连接；

所述探测光路出射的光束通过窗口垂直入射到待测样品表面，待测样品表面反射的光信号被光电探测器所接收，光电探测器后端连接频谱分析仪对光信号的频率进行分析测量；不锈钢真空腔位于三轴位移台上，位移台促动器通过同步齿轮、同步带与步进电机连接，所述步进电机的转动通过同步带、同步齿轮、位移台促动器转化为位移台的直线运动；步进电机通过步进电机驱动板和Arduino板与Labview程序进行通讯。

2.根据权利要求1所述的一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，其特征在于，所述探测光路主要包括具有固定偏振方向的激光器、中性密度滤光片、保偏单模光纤、半波片、光纤准直器、偏振分束立方、四分之一波片、显微物镜及若干反射镜，所述激光器发出的激光经过所述中性密度滤光片，能量衰减后经过所述光纤准直器与所述保偏单模光纤整形与扩束，扩束后的光束经过所述半波片以改变水平分量p波和垂直分量s波的能量占比，再经过所述偏振立方后使水平分量p波通过，而垂直分量s波的能量反射出光路，出射的p波量经过快轴方向与水平方向呈放置的所述四分之一波片，变为圆偏振光入射到所述显微物镜，聚焦后入射到待测器件上，所述显微物镜设置为无限远补正设计，反射光进入所述显微物镜后呈平行光出射，其仍然是圆偏振光，由于半波损失，其偏振方向与入射时相反，经四分之一波片后变为只有垂直分量s波的线偏振光，最后经过所述偏振分束立方反射到光电探测器中。

3.根据权利要求1所述的一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，其特征在于，所述不锈钢真空腔位于所述三轴位移台上方，所述不锈钢真空腔包括前部法兰、高透过率窗口、真空密封圈、黄铜样品架、待测器件及PCB、真空腔体、后部法兰、真空卡箍、射频接头和侧方法兰，所述真空腔体侧面设置有所述侧方法兰，所述侧方法兰上通过所述真空卡箍固定连接有四个所述射频接头，所述真空腔体两端的内端口均固定连接有所述黄铜样品架，所述待测器件及PCB安装在所述黄铜样品架上，所述真空腔体的前后端部分别设置有所述前部法兰、所述后部法兰，所述真空腔体与所述前部法兰、所述后部法兰的接触端面上还设置有所述真空密封圈，所述高透过率窗口设置在所述前部法兰的中部。

4.根据权利要求3所述的一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，其特征在于，四个所述射频接头采用所述射频柔性波导与直流电压源和正弦波发生器相连接，后方法兰设置有KF25接头连接真空泵，稳定后真空度达到10^-6mbar。

5.根据权利要求1所述的一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，其特征在于，所述三轴位移台通过所述步进电机驱动、所述同步带和所述同步齿轮传动来完成动作。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于步进电机的纳米谐振器振动模式可视化装置，其特征在于，还包括以下装置的安装和使用步骤：

步骤1：光束经过保偏单模光纤扩束后的直径为4.5mm，并且能量分布呈高斯状态，使用光束质量分析仪进行判断；

步骤2：安装真空腔以及三轴位移台，手动调整三轴位移台的XY轴，使聚焦后的激光处于真空腔窗口的中心位置，再调节Z轴，使待测器件处于聚焦后的光斑焦点上；聚焦后光斑直径在1μm以下且能量分布呈高斯状态，使用反射率相差较大的基底与金电极对光束直径进行估算；

步骤3：通过同步带、同步齿轮将步进电机与三轴位移台的促动器相连接，利用步进电机驱动板、Arduino板将步进电机与Labview程序通过串口协议连接，基于步骤2中三轴位移台移动的位置调节，使用Labview程序设置扫描范围，然后将直流电压源、正弦波发生器通过微波偏执器连接在一起，利用射频柔性波导与真空腔侧面的射频接头相连接，将频谱分析仪与探测光路中的光电探测器相连接，频谱分析仪与Labview程序之间通过GPIB接口通信；

步骤4：基于步骤1-3的安装和调试结果，打开激光器，待功率稳定后，设置频谱分析仪的分辨率带宽，扫描点等参数，利用Labview程序完成扫描。