[实用新型]一种原子力显微镜模拟实验装置

说明书

本实用新型涉及一种原子力显微镜模拟实验装置，包括底座、探针、样品台、激光器以及调节机构；激光器、偏转棱镜、位置敏感探测器依次设置在同一平面上；调节机构包括Z向调节机构，探针经探针座及探针安装支架设置在Z向调节机构上，探针包括悬臂和反射镜；还包括有机玻璃片，有机玻璃设置在所述探针上方，使激光器的发射出的激光经有机玻璃传至探针的反射镜，再经反射镜反射至依次传至有机玻璃、偏转棱镜和位置敏感探测器。提供一种原子力显微镜的原理、微探针的进给操作和样品的扫描成像模拟仿真的实验装置。降低原子力显微镜探针及实验仪器损坏的概率，节约原子力显微镜实验的成本，提高原子力显微镜的实验效率。

技术领域

本实用新型涉及一种高等院校物理实验教学装置，特别涉及一种原子力显微镜模拟实验装置。

背景技术

原子力显微镜是利用原子力显微镜微探针扫描和观察待测样品表面微观形貌的实验测试仪器。由于原子力显微镜既具有很高的扫描成像分辨率，又不受微纳米样品的导电性和物质态的限制，因此可广泛应用于物理学、化学、微电子学、光电科学、生物医学、材料科学和微纳米加工等领域，极大地推动了纳米科学的发展。同时，原子力显微镜是集物理学、光学、电子学与计算机于一体的科学仪器，其中物理原理丰富、技术系统新颖、实验方法巧妙，现已成为大学物理实验中不可或缺的内容之一。在原子力显微镜系统中，微探针是其核心部件，由针尖和对原子力十分敏感的微悬臂两部分组成。当原子力显微镜微探针的针尖靠近样品表面时，探针尖端原子与样品表面原子之间将产生相互作用的原子力，并推动微悬臂使之发生形变弯曲；当微探针与样品在横向相对扫描时，通过检测微悬臂的形变量并将其转换成可被采集的电信号，即可获得样品表面的原子排布及纳米结构等信息。由于实际的原子力显微镜微探针尺寸很小，其微悬臂有效长度仅为100μm或200μm，因此是肉眼不可见的，在原子力显微镜实验过程中很容易损坏；同时，物理实验是大学生进校后的第一门实验课程，面向的是大一大二的学生，他们的实验技能还没有经过太多的训练。然而，原子力显微镜作为一种高精密的实验设备，其各部件价格昂贵，单一探针价格也较高，一般学校数量有限；且在原子力显微镜实验操作过程中，由于学生操作不当而造成原子力显微镜探针乃至仪器损坏的现象时有发生，不仅会造成使原子力显微镜实验的高成本、高消耗，并且严重影响教学实验进度。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提出了一种原子力显微镜模拟实验装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种原子力显微镜模拟实验装置，包括底座、探针、样品台、激光器以及调节机构；所述底座包括底板和竖立安装板，其特征在于：还包括设置在同一水平面的偏转棱镜和位置敏感探测器(PSD)，所述激光器设置在偏转棱镜的一侧，所述位置敏感探测器(PSD)设置在偏转棱镜的另一侧；所述调节机构包括Z向调节机构，所述Z向调节机构设置在所述竖立安装板上；还包括用于安装探针的探针座和探针安装支架，所述探针经探针座及探针安装支架设置在Z向调节机构上，可随Z向调节机构上下调节；所述样品台包括XY调节机构和样品放置平台；所述探针包括悬臂和反射镜；所述激光器的发射出的激光经所述探针的所述反射镜反射至偏转棱镜，再经偏转棱镜传至位置敏感探测器(PSD)。选取波长为650nm、功率为4mW的半导体激光器作为光源；所述的探针，由厚度为0.2mm的铜箔片制作而成，剪切出一个底边长约8mm、高约10mm的三角形作为悬臂，在其上表面顶点附近粘贴有长1.5mm、宽3.6mm的反射镜，便于反射激光束并实现光杠杆放大；三角形的顶端弯折，作为模拟针尖。

进一步地：还包括有机玻璃片，所述有机玻璃设置在所述探针上方，使所述激光器的发射出的激光经所述有机玻璃传至所述探针的所述反射镜，再经所述反射镜反射至依次传至有机玻璃、偏转棱镜和位置敏感探测器(PSD)，让激光束留下径迹，以便学生观察。

进一步地：所述激光器、偏转棱镜和位置敏感探测器(PSD)经同一安装板设置在所述Z向调节机构，以保持与所述探针的相对位置不变及光路的稳定。

进一步地：所述反射镜设置在悬臂上表面顶端。