[发明专利]一种对接传样装置及光学系统

说明书

本发明公开了一种对接传样装置，用以与真空型扫描近场光学显微镜对接并进行传样，该装置包括：转接腔体，与所述真空型扫描近场光学显微镜的真空腔连通，并可与所述真空腔一同被抽至真空；真空转移仓，与所述转接腔体相匹配，用于将样品从另一真空环境或气氛保护下转移至所述转接腔体内，并在样品转移至所述转接腔体后与所述转接腔体密封连接；传样杆，与所述转接腔体连接，所述传样杆的前端设置有用于抓取样品的抓取头，所述抓取头用于伸入所述转接腔体内，并在所述真空转移仓打开后抓取样品，并将样品转移至所述真空腔内的样品台上。本发明具有结构简单、操作方便、通用性强、成本低的优点。

技术领域

本发明涉及扫描近场光学显微镜技术领域，特别涉及一种对接传样装置及光学系统。

背景技术

扫描近场光学显微镜(scanning near-field optical microscopy)，简称SNOM，其基本原理是基于原子力显微镜针尖诱导的局域光场增强效应，通过将入射红外激光聚焦到针尖上，散射的红外光强度和相位取决于针尖和样品之间的近场相互作用，其空间分辨率可达到10纳米(主要取决于针尖的曲率半径)。近场光学的发展可以追溯到20世纪初，其动机来自克服光学成像的衍射极限分辨率。1928年，近场光学显微镜的概念设计被E.H.Synge提出。然而实现物理模型的构想，需要解决多种技术问题，包括(1)小于照明波长的小孔的制作，(2)待测样品与小孔之间的间距精确控制，(3)小孔照射到待测样品的光功率密度需要足够大，(4)扫描的纳米量级步距操作等。随着科学家不断的努力和突破，1972年E.A.Ash等人在微波段(波长λ＝3cm)实现了λ/60，即0.5mm的分辨率；1982年，IBM实验室的D.W.Pohl实现了SNOM分辨率为25nm；1984年D.W.Pohl和1986年美国康奈大学的A.Lewis等各自成功研制了近场光学显微镜。近场光学的诞生使光学学科从“远场”进入到“近场”，从远大于波长的尺度进入到纳米和亚波长尺度。近场光学原理能够实现超衍射分辨率光学成像的探测仪器系统成为不可或缺的工具。近场光学经过三十多年的发展，已经被广泛应用于多个领域，包括：物理、化学、生命科学、材料科学，新型光学器件等。

近年来，国内外基于超高真空的互联设施进展快速，如法国Institut JeanLamour联合建设的Le Tube、荷兰Technische Universititeit Eindboven建设的NanoAccess、美国Ohio State University建设的SEAL，及我国中国科学院苏州纳米所NanoX等。建设这些装置的目的很大程度上是聚焦在能源，存储材料，新一代半导体和纳米器件等前沿学科方向，通过真空管道互联可以避免材料表面和界面收到环境的污染。

目前市面上，扫描近场光学显微镜通常是在大气环境下进行样品的测试，然而对于敏感样品，包括钙钛矿，锂电材料等，大气环境下的测试很显然已经不能满足现阶段的实际科学研究需求。为进一步实现材料本征的近场光学性质测试，真空型扫描近场光学显微镜即是用以研究敏感材料的光学特性。真空型扫描近场光学显微镜的材料测试基本是在真空下或可控气氛下进行的，当样品从另一真空或保护气氛下转移到真空型扫描近场光学显微镜时，对接转移装置尤为重要。

真空型扫描近场光学显微镜是在原来商业化的设备进行改造并预留一个法兰口以便与真空主管道对接进行样品测试和转移。目前，真空型扫描近场光学显微镜的极限真空可以到0.5mtorr，设备的近场光学空间分辨率可达到10nm。为了拓展其在光电材料，锂电材料等的应用，共有如下两种对接传样的技术方案供选择参考，但是其均存在弊端，如下：

(1)与主管道互联对接,鉴于真空型扫描近场光学显微镜的真空较低，可能需要两级差分，分别添加多种管道，多级泵组，多个传样杆，以期实现设备的互联对接，其缺点是配件采购成本和维护成本昂贵；从真空主管道到测试分析端，样品传递路径比较麻烦，可能需要“Z”字型路径传样；因扫描近场光学显微镜测试过程中对噪音，震动比较敏感，该改动较大，无法规避来自管道运行时的震动带来的测试影响。