[发明专利]一种拉曼原子力显微检测装置及方法

权利要求书

1.一种拉曼原子力显微检测装置，其特征在于包括原子力显微探头（1）、拉曼光谱显微探测头（2）、光学显微镜（3）、滑动块（4）、光学平台（5）、Y向步进电控平移台（6）、样品台（7）、待测样品（8）、第一固定块（9）、第二固定块（10）、第一支撑柱（11）、第二支撑柱（12）、支撑横梁（13）、 X向步进电控平移台（14）、L型固定块（15）、Z向移动轨道（16）、原子力显微探头横梁（17）；光学平台（5）上一侧从上到下顺次设有第一支撑柱（11）、第一固定块（9），光学平台（5）上另一侧从上到下顺次设有第二支撑柱（12）、第二固定块（10），第一支撑柱（11）、第二支撑柱（12）上端固定有支撑横梁（13），支撑横梁（13）上方设有X向步进电控平移台（14），X向步进电控平移台（14）上设有滑动块（4），滑动块（4）下端设有Z向移动轨道（16），在Z向移动轨道（16）上设有L型固定块（15），在L型固定块（15）上设有原子力显微探头横梁（17），在原子力显微探头横梁（17）上设有原子力显微探头（1），在原子力显微探头（1）的两侧分别设有拉曼光谱显微探测头（2）和光学显微镜（3），光学平台（5）上从下到上顺次设有Y向步进电控平移台（6）、样品台（7）、待测样品（8）。

2.根据权利要求1所述的一种拉曼原子力显微检测装置，其特征在于所述的原子力显微探头（1）包括X向压电陶瓷管压（18）、Y向压电陶瓷管压（19）、Z向压电陶瓷管压（20）、第一激光器（21）、光电探测筒（22）、第三固定块（23）、第四固定块（24）、微悬臂探针（25）、第一小透镜（26）、第二小透镜（27）、光电探测器（28）、前置放大器（29）、信号处理与控制放大模块（30）、 A/D&D/A接口卡（31）、计算机（32）、图像显示屏（33）；在原子力显微探头横梁（17）上安装有Z向压电陶瓷管（20）、第一激光器（21）、光电探测筒（22），Z向压电陶瓷管（20）下端顺次安装有第三固定块（23）、第四固定块（24）、微悬臂探针（25），第三固定块（23）上安装X向压电陶瓷管（18）、Y向压电陶瓷管（19）、第一小透镜（26），光电探测筒（22）内安装有第二小透镜（27）和光电探测器（28），光电探测器（28）、前置放大器（29）、 信号处理与控制放大模块（30）、A/D&D/A接口卡（31）、计算机（32）、图像显示屏（33）顺次相连，由X向压电陶瓷管压（18）、Y向压电陶瓷管压（19）、Z向压电陶瓷管压（20）构成的压电扫描器同时通过导线和信号处理与控制放大模块（30）相连，扫描器控制信号由计算机（32）产生，通过A/D&D/A接口卡（31）再到信号处理与控制放大模块（30）。

3.根据权利要求1所述的一种拉曼原子力显微检测装置，其特征在于所述的拉曼光谱显微探测头（2）包括第二激光器（34）、第一光纤（35）、拉曼探测器（36）、第二光纤（37）、显微物镜（38）、第三光纤（39）、第四光纤（40）、光谱仪模块（41）；第二激光器（34）、拉曼探测器（36）、显微物镜（38）顺次通过第一光纤（35）和第二光纤（37）相连接，显微物镜（38）同时顺次通过第三光纤（39）、第四光纤（40）与拉曼探测器（36）和光谱仪模块（41）相连接，最后通过USB接口和计算机（32）相连接，进行数据处理和分析。

4.一种使用如权利要求1所述装置的拉曼原子力显微检测方法，其特征在于对待测样品（8）进行大范围高分辨微纳米结构的观察和测量的同时，又对待测样品的化学性能的拉曼光谱进行显微测量；在光学显微镜（3）的监控下，调节Z向移动轨道（16），使原子力显微探头（1）的微探针逼近待测样品，同时调节拉曼光谱显微探测头（2）对准待测样品；原子力显微探头（1）采用样品固定、微探针扫描的方法，引入一个随扫描器一起扫描的第一小透镜（26），其XY扫描移动量与微探针始终一样，实现光路的跟踪，在光电探测器（28）前的第二小透镜（27），实现高精度的Z向反馈控制和高分辨率的XY扫描成像，利用针尖与样品之间的微弱原子力，使微悬臂产生偏转，通过光电检测方法检测偏转量的大小，从而在针尖与样品作相对扫描的过程中获取待测样品表面的三维高分辨纳米结构形貌，拉曼光谱检测系统通过光纤（35）把由第二激光器（34）发出的激光耦合到拉曼探测器（36）上，再通过光纤（37）和显微物镜（38）会聚到样品表面的微小区域，这个区域正好也是原子力探针所正对的位置，在激光的激发之下，样品产生拉曼光谱；其背向散射部分被显微物镜接收，透过光纤（39）耦合，传输到拉曼探测器（36），滤去瑞利散射光，并进行适当的整形；之后通过光纤（40）输入光谱仪模块（40），进行分光和数模转换；最后通过USB接口输入计算机，由计算机对拉曼光谱数据进行处理与分析。