CN102360028A - 一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔，属于近场光学仪器制造领域。该真空腔室分为上下两部分，上部为扫描室，下部为低温杜瓦室。扫描室内设有扫描头，在扫描室的顶部设有顶部法兰，顶端法兰上设置了5个法兰口和升降杆。其中3个法兰口连接包括扫描台、粗逼近马达，音叉以及温度监控等部件的电子线路进出真空腔室的电极法兰；2个法兰口连接包括照明光纤和针尖光纤两路光纤转接法兰。本发明低温近场光学显微镜的扫描头部分可以从真空腔室中独立取出，使得针尖光纤可以在真空腔室外更换。

Description

一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔
技术领域
本发明属于近场光学仪器制造技术领域，具体是一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔室。
背景技术
近场光学显微术(SNOM)利用近场相互作用，可以达到小于100nm的分辨率，远远优于受衍射障碍限制的远场显微术。运用近场光学成像的想法第一次是由Synge在1928年提出的，他指出通过亚波长孔径照射物体与非常接近样品的探测器的结合，通过非衍射限制过程可以获得高分辨率。将原理变为现实的常规的实验仪器是Pohl et al.等人在1984年完成的，从而扫描近场光学显微镜得以实现，光学衍射极限获得真正突破。扫描近场光学显微镜(SNOM)在材料的纳米尺度光学成像，量子器件的发光特性，以及表面等离激元的近场探测等诸多领域得以应用。在低温环境下，一些常温的SNOM的问题可以得到改善。如SNOM的成像较慢，以此对系统的各种参数温漂敏感，而在在低温下，热噪声小，各种漂移参数得到抑制，有利于得到高质量长时间成像与光谱信息。光学探测时，光信号的信噪比大幅提高，可探测到常温下被淹没的微弱信号。光谱谱线宽度减小，有利于分辨精细能级结构。对于一些样品，如半导体、有机荧光分子中许多复合发光的现象与温度密切相关。在低温下一些非辐射复合过程发生的机率降低，载流子热运动的平均能量降低，因此发光效率比室温下大为提高，光谱宽度减小，信噪比高，而且诸如激子复合等现象也只能在低温下才能出现，载流子的寿命，迁移率等等其它性质也往往与温度密切相关。利用近场光学的高空间分辨率，结合低温的手段，可以对这些发光现象进行深入的研究。
由于实现低温需要在真空腔室中进行，SNOM的整体设计中需要考虑一个重要的问题是扫描针尖的更换。目前商用低温扫描探针显微镜的扫描针尖尺寸一般仅为厘米量级，利用机械手操作就可直接在真空腔室中更换扫描针尖，如扫描隧道显微镜。而SNOM不同于其它扫描探针显微镜，使用的是长度在米量级的针尖光纤，并且光纤进出真空腔室时已固定在光纤转接法兰或光纤耦合器上，这就使得在真空腔体内更换针尖变的极其困难。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的是提供一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔。
本发明的具体技术方案如下：
低温扫描近场光学显微镜的真空腔室分为上下两部分，上部为扫描室，下部为低温杜瓦室。扫描室内设有扫描头，在扫描室的顶部设有顶部法兰，顶端法兰上设置了5个法兰口和升降杆。其中3个法兰口连接包括扫描台、粗逼近马达，音叉以及温度监控等部件的电子线路进出真空腔室的电极法兰；2个法兰口连接包括照明光纤和针尖光纤两路光纤转接法兰。处于顶端法兰中心的升降杆延伸至扫描室内，整个扫描头悬挂在其下端的弯钩处。
本发明所具有的优点是：
低温近场光学显微镜的扫描头部分可以从真空腔室中独立取出，使得针尖光纤可以在真空腔室外更换。扫描部分可以先在大气环境下进行预扫描，进入真空腔体后所有的电子学线路和光路无需做任何改变。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
附图是本发明的结构示意图。
其中：1-顶部法兰；2-第一法兰口；3-第二法兰口；4-第三法兰口；5-第四法兰口；6-第五法兰口；7-扫描头；8-扫描室；9-低温杜瓦室；10-升降杆。
具体实施方式
参考附图，低温扫描近场光学显微镜的真空腔室分为上下两部分，上部为扫描室8，下部为低温杜瓦室9。低温杜瓦室9内设有双层结构的低温杜瓦，外层是液氮腔，内层是液氦腔，液氦腔的顶部为一直径为80mm的导热铜盘。扫描室内设有扫描头，在扫描室的顶部设有直径为150mm的顶部法兰1，顶部法兰1上开设了系统所有的电子线路和光路进出真空系统的接口。第一法兰口2连接带有18针引脚的CF35电极法兰，为扫描台的控制电子线路接口，第二法兰口3连接6针引脚的CF35电极法兰，为Z方向粗逼近马达和温度监控电子线路接口。为避免驱动扫描台和粗逼近马达的高压对音叉的反馈信号产生干扰，音叉的激振和反馈信号引线单独从与第三法兰口4连接的6针引脚CF35电极法兰处引出。第四法兰口5连接一CF16光纤法兰，为照明光纤接口，法兰口6也连接一CF16光纤法兰，为针尖光纤接口。整个扫描头7悬挂在处于顶端法兰1中心的升降杆10下端的弯钩处。这样扫描头部分以及所有的电子线路和光纤可以作为整体从顶部法兰口取出，在真空腔室外SNOM即可正常工作，包括样品的选区定位，预扫描，以及进行针尖光纤的更换。整个扫描系统安装进入真空腔体后，所有的电子学线路和光路无需做任何改变。

Claims (5)

1.一种低温扫描近场光学显微镜的真空腔室结构，其特征在于，该真空腔室分为上下两部分，上部为扫描室，下部为低温杜瓦室，扫描室内设有扫描头，在扫描室的顶端设有一法兰，该法兰上设置了5个法兰口和一升降杆，其中第一法兰口为扫描台的控制电子线路接口；第二法兰口为Z方向粗逼近马达和温度监控电子线路接口；第三法兰口4引出音叉的激振和反馈信号引线；第四法兰口5为照明光纤接口，第五法兰口6为针尖光纤接口，扫描室内的扫描头悬挂在处于上述法兰中心的升降杆下端。
2.如权利要求1所述的低温扫描近场光学显微镜的真空腔室结构，其特征在于，第一法兰口连接带有18针引脚的CF35电极法兰。
3.如权利要求1所述的低温扫描近场光学显微镜的真空腔室结构，其特征在于，第二法兰口连接6针引脚的CF35电极法兰。
4.如权利要求1所述的低温扫描近场光学显微镜的真空腔室结构，其特征在于，第三法兰口连接的6针引脚CF35电极法兰。
5.如权利要求1所述的低温扫描近场光学显微镜的真空腔室结构，其特征在于，第四法兰口和第五法兰口连接一CF16光纤法兰。
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