CN116593738B - 光致力探测显微镜及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光致力探测显微镜及其应用，该光致力探测显微镜，包括光学激发系统、控制系统和信号采集系统，光学激发系统包括激发光光源、驱动器、全内反射镜和探针，激发光从样品的下方经全内反射镜聚焦到样品待检测面，探针设置在样品的上方，驱动器用于驱动探针发生振动；控制系统用于控制样品进行移动；信号采集处理系统包括四象限探测器、第一图锁相放大器和第二图锁相放大器，四象限探测器用于接收探针的振动信号且将振动信号转换为振动电信号，探针的振动电信号分别经过第一图锁相放大器和第二图锁相放大器进行解调。由此，光致力探测显微镜的检测信号强度大幅增加，空间分辨率显著增加，有利于更好地对物质组分进行检测。
Description
技术领域
本发明属于光学显微镜领域，具体涉及一种光致力探测显微镜及其应用。
背景技术
能够看清楚更小更细微的物体是人类孜孜以求的目标，显微镜是最好的工具。但是当对材料和器件的检测要求进入纳米尺度，由于受到光学衍射极限的物理限制，传统光学显微镜难以胜任。近场光学显微镜的出现和发展不仅突破了光学衍射极限，而且实现了超衍射分辨率的光学成像，为科学家们在纳米尺度上认识光与物质的相互作用提供了重要工具。近场光学显微镜根据其原理不同，大致分为两类：一类是利用纳米光学天线或光纤波导直接收集和探测近场光场信号，比如散射型扫描近场光学显微镜、孔径型扫描近场光学显微镜等；另一类是通过探测光学近场产生的光力作用，实现超分辨的近场成像。相比于直接探测光场的近场光学显微镜，探测光力作用的近场显微镜具有更高的空间分辨率、更宽的光谱适用范围、更加简单的光路系统、不受探测器制约等诸多优势。
现有的探测光力作用的近场显微镜主要包括光热诱导显微镜和光诱导力显微镜，现有的光热诱导显微镜的缺点为：(1)AFM针尖与样品存在硬接触，在对样品进行扫描时，样品容易被针尖损伤且针尖容易受到污染和磨损；(2)工作波长主要在红外光波段，应用范围有限；(3)样品厚度有限制，厚度在100nm左右的样品较易探测，样品过厚或过薄会导致信噪比过低；(4)由于AFM探针与样品直接接触，因此，容易受外界环境振动干扰，从而导致信号中噪声较大，提取有用信号困难；(5)光热诱导显微镜进行检测的空间分辨率较低，红外波段的空间分辨率一般为50纳米-100纳米；(6)由于使用棱镜，激发光需要从斜下方45°左右入射，因此光热诱导显微镜难以与倒置显微镜集成使用；现有的光诱导力显微镜的缺点为：(1)光诱导偶极交互力极其微弱，这对探测系统的灵敏度提出了挑战；(2)由于采用抛物面镜从侧面激发，激发光角度调节复杂，系统不易与现有显微镜系统集成使用；(3)光力诱导显微镜进行检测的空间分辨率较低，红外波段的空间分辨率一般为30纳米左右，(4)对探针的本身的机械结构、制备工艺和所使用的材料特性均有较高的要求。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种光致力探测显微镜及其应用。由此，光致力探测显微镜的的检测信号强度大幅增加，空间分辨率显著增加，有利于更好地对物质组分进行检测。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光致力探测显微镜。在本发明的实施例中，所述光致力探测显微镜包括光学激发系统、控制系统和信号采集系统，所述光学激发系统包括激发光光源、驱动器、全内反射镜和探针，所述激发光光源发出的激发光从样品的下方经全内反射镜聚焦到样品待检测面，所述探针设置在所述样品的上方且所述探针不和所述样品待检测面接触，所述驱动器用于驱动所述探针发生振动；
所述控制系统用于控制样品进行移动，以使所述激发光照射到样品的所有待检测区域；
所述信号采集处理系统包括四象限探测器、第一图锁相放大器和第二图锁相放大器，所述四象限探测器用于接收探针的振动信号且将所述振动信号转换为振动电信号，探针的所述振动电信号分别同时经过所述第一图锁相放大器和所述第二图锁相放大器进行解调，以便得到样品的高度信号和光力信号。
根据本发明实施例的光致力探测显微镜，相比于光热诱导显微镜，本申请的光致力探测显微镜的优点在于：(1)探针是在轻敲模式下进行工作的，因此可以避免探针和样品表面发生直接接触，既解决了扫描中探针容易污染和磨损、样品容易受到探针损伤等问题，又解决了提取探测的有效信号困难的问题；(2)本发明的光致力探测显微镜不是对样品热膨胀进行检测，光致力探测显微镜的工作波长可以覆盖紫外-可见光-红外甚至太赫兹波段，实现了波长应用范围的扩展；(3)由于本发明的光致力探测显微镜不是对样品热膨胀进行检测，因此允许的样品厚度的更宽；相比于光诱导力显微镜，本申请的光致力探测显微镜的优点在于：(1)本发明的激发光可以从样品的下方照射在样品的待检测面，通过控制样品待检测面和针尖之间的距离，可以使得针尖受到的作用力处于大范围的引力和斥力交替变化中，从而大幅度提升了光致力探测显微镜的检测信号强度；(2)由于光致力探测显微镜的检测信号强度得到大幅提升，因此可以降低激发光强度，也可以使用电场增强效果较弱的硅针尖进行探测，通过降低激发光强度有利于避免样品受激光损伤，通过采用硅针尖较小的针尖曲率半径可以获得更好的横向空间分辨率。由此，光致力探测显微镜的检测信号强度大幅增加，空间分辨率显著增加，有利于更好地对物质组分进行检测。
另外，根据本发明上述实施例所述的光致力探测显微镜还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述激发光光源发出的激发光平行于所述全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射镜。
在本发明的一些实施例中，所述全内反射镜包括全内反射棱镜和全内反射物镜中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述探针的针尖和所述样品待检测面沿Z方向的距离为1纳米-65纳米。
在本发明的一些实施例中，所述探针的针尖和所述样品待检测面沿Z方向的距离为1纳米-10纳米。
在本发明的一些实施例中，还包括：倒置显微镜，所述倒置显微镜包括可见光光源和倒置显微镜检测部，所述可见光光源发射的可见光通过所述全内反射镜照射在所述样品待检测面，经由所述样品待检测面反射的所述可见光的反射光进入所述倒置显微镜检测部进行检测。
在本发明的一些实施例中，所述可见光光源发出的可见光平行于所述全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射镜。
在本发明的一些实施例中，所述光学激发系统还包括滤波器，所述滤波器用于对所述激发光光源发出的所述激发光进行波长选择和强度调制。
在本发明的一些实施例中，所述光学激发系统还包括光束整形器，所述光束整形器用于将波长选择和强度调制后的单色光转化为单色基模高斯光束。
在本发明的一些实施例中，所述光学激发系统还包括扩束准直器，所述扩束准直器用于对所述单色基模高斯光束进行扩束准直。
在本发明的一些实施例中，所述控制系统包括样品位移平台和控制器，所述样品设置在所述样品位移平台上，所述控制器用于驱动所述样品位移平台和所述探针进行移动。
在本发明的一些实施例中，所述样品位移平台包括压电式样品位移平台和机械式样品位移平台中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，所述样品位移平台为纳米精度的样品位移平台。
在本发明的一些实施例中，所述控制器包括闭环控制器。
在本发明的一些实施例中，所述激发光光源包括宽谱激光器。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种材料检测装置，该材料检测装置包括上述实施例所述的光致力探测显微镜，由此，可以更容易对材料进行检测，从而得到更多的材料信息。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的光致力探测显微镜的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的控制系统和探针的结构示意图；
图3是根据本发明实施例1的测试样品的示意图；
图4是根据本发明实施例1的样品扫描的高度图；
图5是根据本发明实施例1的样品扫描的光力图；
图6是检测图5的横向空间分辨率的检测图；
图7是根据本发明对比例2的样品扫描的高度图；
图8是根据本发明对比例2的样品扫描的光力图；
图9是检测图8的横向空间分辨率的检测图。
附图标记：
1-激发光光源；2-探针；3-样品位移平台；4-全内反射镜；5-可见光光源；6-倒置显微镜检测部；7-滤波器；8-光束整形器；9-扩束准直器；10-驱动器；11-四象限探测器；12-第一图锁相放大器；13-第二图锁相放大器；14-控制器；15-探针移动控制器；16-样品位移平台X方向移动控制器；17-样品位移平台Y方向移动控制器；18-h-BN纳米片；19-WS2纳米片；20-硼硅酸盐玻璃衬底。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光致力探测显微镜。在本发明的实施例中，参考附图1，所述光致力探测显微镜包括光学激发系统、控制系统和信号采集系统，所述光学激发系统包括激发光光源1、驱动器10、全内反射镜4和探针2，所述激发光光源发出的激发光从样品的下方经全内反射镜4聚焦到样品待检测面，所述探针2设置在所述样品的上方且所述探针2不和所述样品待检测面接触，所述驱动器10用于驱动所述探针2发生振动；所述控制系统用于控制样品进行移动，以使所述激发光照射到样品的所有待检测区域；所述信号采集处理系统包括四象限探测器11、第一图锁相放大器12和第二图锁相放大器13，所述四象限探测器11用于接收探针2的振动信号且将所述振动信号转换为振动电信号，探针2的所述振动电信号分别经过所述第一图锁相放大器12和所述第二图锁相放大器13进行解调，以便得到样品的高度信号和光力信号。
具体地，激发光光源发出的激发光通过全内反射镜从样品底部聚焦到样品待检测面，由于光电场的电磁极化效应，导致样品待检测面产生诱导偶极子，设置在样品待检测面上方的探针的针尖会产生镜像偶极子，两个偶极子之间存在电磁相互作用力(即偶极交互力)，从而改变了探针悬臂固有的振动状态。当针尖因受到偶极交互力的作用而使探针悬臂的振动状态发生改变时，四象限探测器的光斑位置会发生改变，四象限探测器会收集光斑位置信息并将光斑位置信息转化为相应的振动电信号，由四象限探测器输出的振动电信号分别经过上述第一图锁相放大器和上述第二图锁相放大器进行解调，从而得到样品的高度成像和光力成像。
需要说明的是：在使用全内反射镜时，本领域技术人员一般会在全内反射镜和样品之间滴加折射率匹配油，该折射率匹配油的作用是填充全内反射镜跟样品之间的空气间隙，从而减少甚至消除光线在样品待检测面的反射，只有当光线到达样品待检测面，才能满足全反射条件，因此，激发光可以直接穿过样品底部在样品的待检测面发生全反射。
根据本发明的一个具体实施例，参考附图1，上述激发光光源1发出的激发光平行于上述全内反射镜4的光轴方向偏心射入全内反射镜，由此，进一步保证了激发光在样品待检测面发生全反射，从而避免了透射激发光对探针2产生影响，保证了后续第二图锁相放大器输出的光力信号全部来源于样品本身，极大地提高了检测精度。
在本发明的实施例中，上述全内反射镜4并不受特殊限定，只要可以实现激发光光源1发出的激发光通过全内反射镜4在样品的待检测面发生全反射即可，作为一个优选的方案，上述全内反射镜4包括全内反射棱镜和全内反射物镜中的至少一种。
根据本发明的再一个具体实施例，参考附图1，上述探针2的针尖和上述样品待检测面沿Z方向的距离为1纳米-65纳米，优选为1纳米-10纳米，由此，将上述探针2和上述样品待检测面沿Z方向的距离控制在上述范围内，保证了探针针尖受到的作用力处于大范围的引力和斥力交替变化中，从而进一步提升了光致力探测显微镜的检测信号强度。
具体地，当上述激发光光源发出的激发光通过上述全内反射镜聚焦到上述样品待检测面，改变探针悬臂固有的振动状态的作用力可能包括：(1)由于光电场的电磁极化效应，导致样品待检测面产生诱导偶极子，设置在样品待检测面上方的探针针尖会产生镜像偶极子，两个偶极子之间存在电磁相互作用力，电磁相互作用力会改变探针悬臂固有的振动状态；(2)随着激发光照射在样品待检测面产生的热不断积累，可能会引发样品待检测面产生极其微弱的热致形变，由于探针并未与样品直接接触，这种热致形变仅仅被视为对样品和探针之间距离的微扰，由于样品与探针之间的范德瓦耳斯力对距离非常敏感，极小的样品和探针之间距离的变化，可能会引起可探测的范德瓦耳斯力发生改变，从而可能改变了探针悬臂固有的振动状态。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图1，上述光致力探测显微镜还包括：倒置显微镜，上述倒置显微镜包括可见光光源5和倒置显微镜检测部6，上述可见光光源5发射的可见光通过上述全内反射镜4照射在上述样品待检测面，经由上述样品待检测面反射的上述可见光反射光进入上述倒置显微镜检测部6进行检测，由此，倒置显微镜6可以实现对样品待检测面的光学显微放大，且激发光可以和倒置显微镜6的显微镜内部光学系统共用光路，从而节约了成本。
进一步地，上述可见光光源发出的可见光和激发光光源发出的激发光均平行于上述全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射镜，进一步有利于实现发光可以和倒置显微镜的显微镜内部光学系统共用光路，从而节约了成本。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图1，上述光学激发系统还包括滤波器7，上述滤波器7用于对上述激发光光源1发出的上述激发光进行波长选择和强度调制，由此，可以通过样品选择对应的激发光的波长和激发光的强度，实现样品待检测面关键物性参数的有效激发，进而提高了光致力探测显微镜的检测效果。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图1，上述光学激发系统还包括光束整形器8，上述光束整形器8用于将波长选择和强度调制后的单色光转化为单色基模高斯光束，由此，可以将单色光转化为检测需要的单色基模高斯光束，从而得到高质量的激光光斑，提高了光致力探测显微镜的检测效果。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图1，上述光学激发系统还包括扩束准直器9，上述扩束准直器9用于对上述单色基模高斯光束进行扩束准直，由此，当激光光束经过扩束准直器9后，可以更好的匹配全内反射镜4的入瞳对于光束直径等参数的要求，进而提高了光致力探测显微镜的检测效果。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图2，上述控制系统包括样品位移平台3和控制器14，上述样品设置在上述样品位移平台3上，上述控制器14用于驱动上述样品位移平台3和上述探针2进行移动。
在本发明的实施例中，上述样品位移平台3的种类并不受特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择，作为一个优选的方案，上述样品位移平台3包括压电式样品位移平台和机械式样品位移平台中的至少一种。
根据本发明的又一个具体实施例，上述样品位移平台3为纳米精度的样品位移平台，由此，可以以更小的步进精度更加精准的调节样品位移平台3上的样品移动距离，进而确保实现纳米级别的空间分辨率。
在本发明的实施例中，上述控制器14包括但不限于闭环控制器。
根据本发明的又一个具体实施例，参考附图2，上述控制器14包括探针移动控制器15、样品位移平台X方向移动控制器16和样品位移平台Y方向移动控制器17，由于样品的高度具有不均匀性，通过探针移动控制器15可以精准调控探针2和样品待检测面的距离，进而可以更好地对样品进行检测；通过设置样品位移平台X方向移动控制器16和样品位移平台Y方向移动控制器17，可以分别对样品的X方向和Y方向上的移动距离进行精准调控。
进一步地，当样品待检测面可能出现凹凸不平的区域时，采用探针移动控制器可以精准调控探针和样品待检测面的距离，进而可以更好地对样品进行检测，由于样品待检测面的凹凸不平区域的Z方向变化值极小，因此探针和样品待检测面的距离基本保持不变，从而需要精度较高的探针移动控制器才能更好地实现样品检测。
在本发明的实施例中，上述激发光光源包括但不限于宽谱激光器。
在本发明的实施例中，上述宽谱激光器包括但不限于超连续谱激光器。
根据本发明实施例的光致力探测显微镜，相比于光热诱导显微镜，本申请的光致力探测显微镜的优点在于：(1)探针是在轻敲模式下进行工作的，因此可以避免探针和样品表面发生直接接触，既解决了扫描中探针容易污染和磨损、样品容易受到探针损伤等问题，又解决了提取探测的有效信号困难的问题；(2)本发明的光致力探测显微镜不是对样品热膨胀进行检测，光致力探测显微镜的工作波长可以覆盖紫外-可见光-红外甚至太赫兹波段，实现了波长应用范围的扩展；(3)由于本发明的光致力探测显微镜不是对样品热膨胀进行检测，因此允许的样品厚度的更宽；(4)显著提高了检测信号强度和样品的空间分辨率；相比于光诱导力显微镜，本申请的光致力探测显微镜的优点在于：(1)本发明的激发光可以从样品的下方照射在样品的待检测面，通过控制样品待检测面和针尖之间的距离，可以使得针尖受到的作用力处于大范围的引力和斥力交替变化中，从而大幅度提升了光致力探测显微镜的检测信号强度；(2)由于光致力探测显微镜的检测信号强度得到大幅提升，因此可以降低激发光强度，也可以使用电场增强效果较弱的硅针尖进行探测，通过降低激发光强度有利于避免样品受激光损伤，通过采用硅针尖较小的针尖曲率半径可以获得更好的横向空间分辨率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
实施例1
本实施例提供一种采用光致力探测显微镜检测物质的方法，其步骤如下：
(1)首先对本实施例的光致力探测显微镜进行介绍：
本实施例所述的光致力探测显微镜包括光学激发系统(激发光光源、驱动器、探针、全内反射镜、滤波器、光束整形器和扩束准直器)、控制系统(压电式样品位移平台、探针移动控制器；样品位移平台X方向移动控制器和样品位移平台Y方向移动控制器)和信号采集处理系统(四象限探测器、第一图锁相放大器(即高度图锁相放大器)和第二图锁相放大器(即光力图锁相放大器))；激发光光源发射的激发光依次通过滤波器、光束整形器和扩束准直器，再平行于全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射物镜，最后在样品的待检测面发生全反射；通过探针移动控制器精准调控探针和样品待检测面的距离，通过设置样品位移平台X方向移动控制器和样品位移平台Y方向移动控制器分别对样品的X方向和Y方向上的移动距离进行精准调控；四象限探测器用于接收探针的振动信号且将所述振动信号转为振动电信号，探针的振动电信号分别经过高度图锁相放大器和光力图锁相放大器进行解调，从而得到样品的高度信号和光力信号。
具体地，本实施例中的激发光光源为400-700nm波长连续可调谐激光器，功率1mW(633nm波长处)，激光重复频率为1399.6kHz，线偏振光；全内反射镜使用100X，NA＝1.45的复消色差全内反射荧光物镜，使用折射率为1.5(25℃时)的折射率匹配油填充全内反射镜和样品之间的空隙，所使用的AFM探针是针尖镀金的硅探针，镀金厚度25nm左右，探针一阶共振频率为267.1kHz，二阶共振频率为1666.7kHz，一阶刚度为40N/m；样品位移平台为压电式纳米精度二维平移台，由两个闭环伺服控制器对X方向和Y方向进行精确控制，扫描过程中样品-针尖距离保持恒定由比例-积分-微分(PID)控制器实现，高度图锁相放大器和光力图锁相放大器均为全数字锁相放大器。
(2)具体检测物质的方法步骤为：
分别制备厚度近似相同的二硫化钨(WS2)和六方氮化硼(h-BN)多层纳米片若干，纳米片厚度百纳米量级，片径30nm-1000nm不等，将二硫化钨(WS2)和六方氮化硼(h-BN)在酒精分散后充分混合、振荡，用超声波对含有二硫化钨(WS2)和六方氮化硼(h-BN)的酒精溶液进行超声，将混合均匀后的两种纳米片分散液滴加到0.17mm厚度的透明硼硅酸盐玻璃衬底上，70℃加热烘干1小时，得到测试样品如附图3所示，18是混合物中h-BN纳米片，19是混合物中的WS2纳米片，20是硼硅酸盐玻璃衬底。
对上述样品采用光致力探测显微镜进行逐点成像扫描，扫描范围3.3μm×3.3μm，扫描速度为20毫秒每像素点，探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为4nm(即探针发生受迫振动的振幅的60％)，由于WS2和h-BN两种纳米片在633nm波长下吸光度存在明显差异，在633nm单色激光下进行样品扫描成像，高度图如附图4所示，说明h-BN纳米片和WS2纳米片厚度较为均一，无法单纯从高度图上分辨纳米片的类型，需要引入具有材料分辨能力的探测手段，光力图如附图5所示，低亮度区域401为h-BN，高亮度区域402为WS2，该结果与EDS能量色散谱结果吻合，通过对本实施例的光力图的横向空间分辨率进行检测，参考附图6，得到横向空间分辨率大约为15nm。
对样品光力图的横向空间分辨率进行检测的方法为：(1)首先找到两种材料的分界线，使样品沿着分界线的法线方向(即附图6中的白色虚线)做线扫描，以扫描的距离作为横轴，光力探测信号(振幅)作为纵轴，绘制光力-距离曲线图；(2)由于两种材料的物性差异，在扫过分界线时曲线会出现具有一定斜率的上升沿或下降沿，测量上升沿或下降沿所需要的距离，此距离即为横向空间分辨率。
实施例2
本实施例和实施例1的区别仅在于：
探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为1nm，其余内容均保持一致。
经过检测可知，样品光力图的横向空间分辨率大约为13nm。
实施例3
本实施例和实施例1的区别仅在于：
探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为10nm，其余内容均保持一致。
经过检测可知，样品光力图的横向空间分辨率大约为15nm。
实施例4
本实施例和实施例1的区别仅在于：
探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为60nm，其余内容均保持一致。
经过检测可知，样品光力图的横向空间分辨率大约为18nm。
对比例1
本对比例和实施例1的区别仅在于：
探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为0.1nm，其余内容均保持一致。
经过检测可知，探针很多区域均受到污染，且样品的表面损伤较为严重。
对比例2
本对比例和实施例1的区别仅在于：
探针的针尖和样品待检测面沿Z方向的距离为100nm，其余内容均保持一致。
高度图如附图7所示，说明h-BN纳米片和WS2纳米片厚度较为均一，无法单纯从高度图上分辨纳米片的类型，需要引入具有材料分辨能力的探测手段，光力图如附图8所示，光力图勉强产生了图像对比度，但是无法明确区分材料的异质性，通过对本实施例的光力图的横向空间分辨率进行检测，参考附图9，得到横向空间分辨率大约为160nm。
综上所述，本发明的光致力探测显微镜的空间分辨率显著增加，有利于更好地对物质组分进行检测。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (15)
1.一种光致力探测显微镜，其特征在于，包括光学激发系统、控制系统和信号采集系统，所述光学激发系统包括激发光光源、驱动器、全内反射镜和探针，所述激发光光源发出的激发光从样品的下方经全内反射镜聚焦到样品待检测面，所述探针设置在所述样品的上方且所述探针不和所述样品待检测面接触，所述驱动器用于驱动所述探针发生振动；
所述控制系统用于控制所述样品进行移动，以使所述激发光照射到所述样品的所有待检测区域；
所述信号采集系统包括四象限探测器、第一图锁相放大器和第二图锁相放大器，所述四象限探测器用于接收探针的振动信号且将所述振动信号转换为振动电信号，探针的所述振动电信号分别经过所述第一图锁相放大器和所述第二图锁相放大器进行解调，以便得到所述样品的高度信号和光力信号；所述探针的针尖和所述样品待检测面沿Z方向的距离为1纳米-65纳米；所述控制系统包括控制器，所述控制器包括探针移动控制器，通过所述探针移动控制器可以调控所述探针和所述样品待检测面的距离。
2.根据权利要求1所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述激发光光源发出的激发光平行于所述全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射镜。
3.根据权利要求2所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述全内反射镜包括全内反射棱镜和全内反射物镜中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述探针的针尖和所述样品待检测面沿Z方向的距离为1纳米-10纳米。
5.根据权利要求1-3任一项所述的光致力探测显微镜，其特征在于，还包括：倒置显微镜，所述倒置显微镜包括可见光光源和倒置显微镜检测部，所述可见光光源发射的可见光通过所述全内反射镜照射在所述样品待检测面，经由所述样品待检测面反射的所述可见光的反射光进入所述倒置显微镜检测部进行检测。
6.根据权利要求5所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述可见光光源发出的可见光平行于所述全内反射镜的光轴方向偏心射入全内反射镜。
7.根据权利要求1-3任一项所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述光学激发系统还包括滤波器，所述滤波器用于对所述激发光光源发出的所述激发光进行波长选择和强度调制。
8.根据权利要求7所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述光学激发系统还包括光束整形器，所述光束整形器用于将波长选择和强度调制后的单色光转化为单色基模高斯光束。
9.根据权利要求8所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述光学激发系统还包括扩束准直器，所述扩束准直器用于对所述单色基模高斯光束进行扩束准直。
10.根据权利要求1-3任一项所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述控制系统包括样品位移平台和控制器，所述样品设置在所述样品位移平台上，所述控制器用于驱动所述样品位移平台和所述探针进行移动。
11.根据权利要求10所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述样品位移平台包括压电式样品位移平台和机械式样品位移平台中的至少一种。
12.根据权利要求10所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述样品位移平台为纳米精度的样品位移平台。
13.根据权利要求10所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述控制器包括闭环控制器。
14.根据权利要求1-3任一项所述的光致力探测显微镜，其特征在于，所述激发光光源包括宽谱激光器。
15.一种材料检测装置，其特征在于，包括权利要求1-14任一项所述的光致力探测显微镜。
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