[发明专利]耦合反射和透射光路的原子力显微镜

说明书

本发明提供一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，包括腔体、探针、制冷系统和光学系统，腔体设有真空腔，真空腔用于容纳样品和探针，探针用于对样品表面进行探测；制冷系统用于给样品和探针制冷；光学系统包括一对视窗组件和一对物镜，视窗组件包括中空壳体和用于封闭中空壳体第二端的透光盖板，中空壳体的第二端伸入腔体内，两个透光盖板平行对称设置，样品和探针位于两个透光盖板之间；一对物镜分别设在一对中空壳体内，两个物镜平行对称设置，样品能够与物镜的轴线垂直。将传统物镜与超高真空超低温原子力显微镜的探针耦合，且激光能够垂直入射同时满足反射光路和透射光路的探测条件。

技术领域

本发明涉及光学探测技术领域，尤其涉及一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜。

背景技术

原子力显微镜是一种表面探测的常用仪器，它使用纳米级探针探测样品的表面性质，具有纳米/亚纳米尺度高分辨成像、分子间作用力的精确检测、摩擦力和摩擦能量耗散测量、分子/原子操纵等功能，在摩擦、物理、生物、化学、材料、力学等领域应用广泛。超高真空环境可以屏蔽空气中各种气体分子对表面的污染，保证探测到样品表面最本质的物理化学性质；超低温环境降低了样品表面的热活性，热涨落急剧下降，低维及纳米体系的许多激发态被冻结，量子特性更加明显，可以出现超导、超流等反常物理特性。因此，超高真空和超低温环境将极大地增强原子力显微镜的探测能力。

光学手段是探测物质性质的常用方法，常见的光学探测技术有拉曼探测技术、相干反斯托克斯拉曼探测技术、荧光寿命成像技术、瞬态吸收探测技术等，可以探测样品的电子行为、声子行为、组分和应力分布等信息。这些探测技术所使用的光路一般为反射式光路或透射式光路，探测终端为光学物镜。一般情况下，为了实现更高的信噪比和更高的成像分辨率，上述光路使用的光学物镜放大倍数高、数值孔径大，导致物镜的工作距离短，体积大。

设计与光学手段耦合的超高真空超低温原子力显微镜可实现对样品的力学信息、光学信息的同时探测，有助于探究物质本源。但是光学物镜不能在真空环境中使用，且光学物镜体积大，而超高真空超低温原子力显微镜的探针-样品附近空间封闭性强，很难将光学物镜和样品的间距控制在工作距离内。因此无论是反射光路还是透射光路，均难以实现与超高真空超低温原子力显微镜的耦合。

发明内容

本发明提供一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，用以解决现有技术中反射光路和透射光路难以实现与超高真空超低温原子力显微镜耦合的缺陷。

本发明提供一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，包括：

腔体，设置有真空腔，所述真空腔用于容纳样品；

探针，位于所述真空腔内，所述探针用于对样品表面进行探测；

制冷系统，用于使所述真空腔内形成低温环境；

光学系统，包括一对视窗组件和一对物镜，其中，

所述视窗组件包括中空壳体和用于封闭所述中空壳体第二端的透光盖板，所述中空壳体的第二端伸入所述腔体内，两个所述透光盖板平行对称设置，所述样品和所述探针位于两个所述透光盖板之间；

一对所述物镜分别设置在一对所述中空壳体内，两个所述物镜平行对称设置，所述样品能够与所述物镜的轴线垂直。

根据本发明提供的一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，还包括用于调节所述样品与所述探针相对位置的移动装置，所述移动装置位于所述真空腔内。

根据本发明提供的一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，还包括设置在所述真空腔内的减振模块，所述移动装置设置在所述减振模块上，所述减振模块与所述制冷系统或所述腔体连接。

根据本发明提供的一种耦合反射和透射光路的原子力显微镜，所述移动装置包括：

粗动模块，设置在所述减振模块上，所述粗动模块用于粗调、使所述样品接近所述探针；