[发明专利]STM针尖增强光谱获取装置及其获取方法

权利要求书

1.一种STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，包括激光器、STM针尖、针尖压电位移台、样品台、光谱仪、倍频器和信号处理系统；其中，

所述样品台用于承载测试样品并带动所述测试样品沿水平方向移动；

所述激光器用于发出脉冲激光并聚焦于所述测试样品表面形成光斑；

STM针尖垂直于所述测试样品表面并指向所述光斑的中心；

所述针尖压电位移台用于在驱动信号的驱动下，带动所述STM针尖垂直于所述测试样品表面做阶跃式位移运动；

所述倍频器用于在所述驱动信号的触发下，输出二倍频的脉冲信号至所述光谱仪，使所述驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发所述光谱仪；

所述光谱仪用于采集一个运动周期内所述STM针尖位于最低点和最高点时在所述测试样品表面诱发的光谱信号；其中，所述STM针尖位于运动周期内的最低点时，在所述测试样品表面激发出增强光信号；

所述信号处理系统用于对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于所述测试样品同一位置的多个差减光谱进行线性叠加，获得增强光谱。

2.根据权利要求1所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内的最低点位置相距所述测试样品表面0.1～1nm，所述STM针尖在运动周期内的最高点位置相距所述测试样品表面3～100nm。

3.根据权利要求1或2所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于所述光谱仪的采集时间。

4.根据权利要求3所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖的运动频率为10Hz～500Hz。

5.根据权利要求3所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间为3～10ms。

6.根据权利要求1所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，驱动所述针尖压电位移台的波形为方波或梯形波。

7.一种STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过样品台带动测试样品沿水平方向移动，同时激光器发出脉冲激光聚焦于所述测试样品的表面，形成圆形或椭圆形光斑；

S2、通过驱动信号驱动针尖压电位移台带动STM针尖垂直于所述光斑的中心做阶跃式位移运动，同时触发倍频器输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使所述驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发所述光谱仪；

S3、通过光谱仪采集一个运动周期内所述STM针尖位于最低点和最高点时在所述测试样品表面诱发的光谱信号；

S4、通过信号采集系统对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于多个差减光谱进行线性叠加，获得去除背景信号的光谱。

8.如权利要求7所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于所述光谱仪的采集时间；以及，所述STM针尖在运动周期内的最低点位置相距所述测试样品表面0.1～1nm，所述STM针尖在运动周期内的最高点位置相距所述测试样品表面3～100nm。

9.根据权利要求7所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，以所述STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱作为背景，以所述STM针尖在运动周期内的最低点位置获得的光谱作为响应，通过差减算法，去除背景光信号。

10.根据权利要求9所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，预先测定N组所述STM针尖在运动周期内的最高点位置时所诱发的光谱信号，通过对N组光谱信号的统计分布和加权平均处理，确定背景光谱基准和均方偏差，根据该背景光谱基准和均方偏差对每次所述STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱信号进行甄别，在光谱信号偏离所述背景光谱基准超过均方偏差1倍时，作为无效光谱；其中，5＜N＜10。