CN116930130B - 基于探针扫描的纳区光致发光探测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学器械技术领域，具体涉及一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统及方法，其中，系统包括：倒置显微成像模块，用于调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号；原子力显微镜模块，用于在获得所述探测目标的形貌信息的同时，散射并调制探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号；信号处理模块，用于解调调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。由此，解决了相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及光学器械技术领域，特别涉及一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统及方法。
背景技术
光学表征手段作为一种无损、原位、的材料表征手段，常被应用于各种材料的缺陷检测表征。相关技术中，光致发光探测因为能够直接反映出材料的能带结构特点，被广泛应用与直接带隙半导体材料的缺陷检测和物性探究中。
然而，相关技术中，光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，往往只能得到微米级别的空间分辨率，无法实现对材料局部纳米尺度特性的有效表征，使得光致发光扫描探测系统难以应用于，如硅基半导体器件和前沿的超薄二维半导体器件等局部纳米尺度的缺陷会对器件性能产生显著的影响的半导体器件的表征与检测，有待改进。
发明内容
本发明提供一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统及方法，以解决相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
本发明第一方面实施例提供一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统，包括：倒置显微成像模块，用于调控底部激发光源，将所述激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号；原子力显微镜模块，用于在获得所述探测目标的形貌信息的同时，散射并调制所述探测目标的聚焦光斑处的光场信号，得到调制光场信号，以通过倒置显微成像模块收集所述调制光场信号并将所述调制光场信号转换为调制电学信号；信号处理模块，用于解调所述调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述倒置显微成像模块包括：激发光路，用于调控所述底部激发光源；收集光路，用于收集所述调制光场信号；样品台，用于承载所述探测目标，以对所述探测目标进行移动扫描；底部成像光路，用于对所述探测目标进行明场成像。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述激发光路包括：激光器，用于输出所述激发光源，其中，所述激光器输出所述激发光源的传输光路上依次设置有起偏器、二分之一波片、扩束准直器、涡旋波片和物镜。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述收集光路包括：二向色镜；滤光片组，用于探测所述光场信号，其中，所述滤光片组包括多种类型的滤光片组合，以基于不同类型的滤光片组合探测预设波段内相应的光场信号；反射镜；光谱仪，用于收集所述探测目标的整体光致发光光谱，以根据所述光谱匹配至少一个最佳滤光片，形成所述滤光片组；光电探测器，用于进行所述预设波段内纳区光致发光强度的扫描探测。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述原子力显微镜模块包括：探针组件，所述探针组件在所述探测目标表面移动，并在所述底部成像光路的辅助下对准所述探测目标的聚焦光斑处；扫描器，用于在水平和竖直维度移动扫描所述探测目标，以控制所述探针组件移动至所述聚焦光斑处；顶部成像组件，用于对所述探针组件进行照明，以辅助所述探针组件对准所述探测目标的聚焦光斑处。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述原子力显微镜模块进一步用于控制所述探针组件的抬起或伸入，进行微区光场扫描探测和纳区光场扫描探测的切换。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述信号处理模块包括：锁相放大器，用于接收所述调制电学信号，并对所述调制电学信号进行解调；电学控制箱，用于接收所述电学信号，并控制所述倒置显微成像模块和所述原子力显微镜模块执行相应的探测动作。
本发明第二方面实施例提供一种基于探针扫描的纳区光致发光探测方法，应用如第一方面实施例提供的系统，其中，所述方法包括以下步骤：调控底部激发光源，将所述激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号；在获得所述探测目标的形貌信息的同时，散射并调制所述探测目标的聚焦光斑处的光场信号，得到调制光场信号，以通过倒置显微成像模块收集所述调制光场信号并将所述调制光场信号转换为调制电学信号；解调所述调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
本发明第三方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法。
本发明实施例可以通过倒置显微成像模块调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过原子力显微镜模块对光场信号进行散射并调制，再通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号，进而通过信号处理模块进行电学信号解调，同时得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息，通过对探测目标进行一定范围内的逐点扫描，同时获得探测目标的形貌与包括光致发光在内的光场信息，空间分辨率高。由此，解决了相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
本发明附加的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
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例提供的一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统的结构示意图；
图2为本发明一个实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的不同辐射波段的纳区光致发光探测的示意图；
图4为本发明一个实施例的探针组件伸入后的探针振动频率示意图；
图5为本发明一个实施例的探针组件抬起后的微米尺度的光致发光扫描探测示意图；
图6为本发明一个实施例的材料的形貌信息和纳区光致发光信息示意图；
图7为根据本发明实施例提供的一种基于探针扫描的纳区光致发光探测方法的流程图。
附图标记说明：10-基于探针扫描的纳区光致发光探测系统；100-倒置显微成像模块、111-激光器、112-起偏器、113-二分之一波片、114-扩束准直器、115-涡旋波片、116-物镜、121-二向色镜、122-滤光片组、123-透镜、124-反射镜、125-光电探测器、126-光谱仪、130-样品台、140-底部成像光路、200-原子力显微镜模块、210-探针组件、220-扫描器、230-顶部成像组件、300-信号处理模块、310-锁相放大器、320-电学控制箱。
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。
下面参考附图描述本发明实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统及方法。针对上述背景技术中提到的相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题，本发明提供了一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统，在该系统中，可以通过倒置显微成像模块调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过原子力显微镜模块对光场信号进行散射并调制，再通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号，进而通过信号处理模块进行电学信号解调，同时得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息，通过对探测目标进行一定范围内的逐点扫描，同时获得探测目标的形貌与包括光致发光在内的光场信息，空间分辨率高。由此，解决了相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
基于背景技术中的光致发光探测技术中，探针增强荧光技术可以基于金属探针的避雷针效应和等离激元共振效应，在探针底部产生极大的探针增强，从而探测纳米局域区域的荧光光谱。
然而，探针增强荧光探测是一种有扰动探测，探针增强作用会对所测样品的荧光发射产生扰动，包括但不限于金属淬灭效应、强耦合、拉比分裂、热电子注入现象，影响探测得到的结果，对材料辐射产生损坏与扰动；且探测时间长，单点需要长时间积分，时间在秒量级；贵金属涂层导致针尖曲率半径增大，分辨率较低；贵金属涂层探针昂贵，易氧化，难以长时间保存。
因此，如何实现无损、快速、突破衍射极限、缩短探测时间、降低成本成为需要解决的问题。
具体而言，图1为本发明实施例所提供的一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统的结构示意图。
如图1所示，该基于探针扫描的纳区光致发光探测系统10包括：倒置显微成像模块100、原子力显微镜模块200和信号处理模块300。
具体地，倒置显微成像模块100，用于调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号。
在实际执行过程中，倒置显微成像模块100可以对激发光源进行调控并从底部聚焦于探测目标的表面，产生光场信号，同时，倒置显微成像模块100还可以收集原子力显微镜模块200调制光场信号，其中，原子力显微镜模块200调制光场信号会在下文进行阐述。
可选地，在本发明的一个实施例中，倒置显微成像模块100包括：激发光路、收集光路、样品台和底部成像光路。
其中，激发光路，用于调控底部激发光源。
收集光路，用于收集调制光场信号。
样品台，用于承载探测目标，以对探测目标进行移动扫描。
底部成像光路，用于对探测目标进行明场成像。
在一些实施例中，如图2所示，倒置显微成像模块100可以包括激发光路、收集光路、样品台130和底部成像光路140。
其中，激发光路可以根据探测目标实现不同偏振波前的入射光来激发探测目标产生光场信号，可以包括但不限于弹性光反射、光致发光、拉曼等；
收集光路可以用于收集原子力显微镜模块200的调制光场信号；
如图2所示，样品台130可以用于承载探测目标，放置于样品台130的探测目标可以以微米精度的大范围移动来确定待探测区域，再以纳米精度来实现纳区光场扫描探测，其中，样品台130可以为中空结构，内部可以容纳物镜116；
底部成像光路140可以用于探测目标的明场成像，可以包括照明灯，分束镜和相机，以用于寻找探测目标等，同时还可以用于观察原子力显微镜模块200的探针组件210，辅助探针组件210与激发光源对准，其中，探针组件210会在下文进行阐述。
可选地，在本发明的一个实施例中，激发光路包括：激光器。
其中，激光器，用于输出激发光源，其中，激光器输出激发光源的传输光路上依次设置有起偏器、二分之一波片、扩束准直器、涡旋波片和物镜。
进一步地，如图2所示，激发光路可以包括激光器111，激光器111输出激发光源的传输光路上，可以依次设置起偏器112、二分之一波片113、扩束准直器114、涡旋波片115、物镜116。
其中，涡旋波片115可以搭配可翻折支架，从而实现对探测目标面外和面内探测条件的切换，对于吸收偶极为面内方向的探测目标，可卸下涡旋波片115。
可选地，在本发明的一个实施例中，收集光路包括：二向色镜、滤光片组、反射镜、光谱仪和光电探测器。
其中，滤光片组，用于探测光场信号，其中，滤光片组包括多种类型的滤光片组合，以基于不同类型的滤光片组合探测预设波段内相应的光场信号。
光谱仪，用于收集探测目标的整体光致发光光谱，以根据光谱匹配至少一个最佳滤光片，形成滤光片组。
光电探测器，用于进行预设波段内纳区光致发光强度的扫描探测。
作为一种可能实现的方式，如图2所示在本发明实施例中，收集光路可以包括二向色镜121、滤光片组122、透镜123、反射镜124、光电探测器125和光谱仪126。
其中，收集光路可更换不同的滤光片组122来探测不同的光场信号，包括但不限于光致发光，弹性光反射和拉曼信号，例如，本发明实施例可以搭配中性衰减片探测弹性光反射，搭配低通滤光片和特定波段的带通滤光片探测光致发光和拉曼信号。
进一步地，光致发光信号可通过更换合适的滤光片组122来进行选择性探测，使得本发明实施例可以通过放置长通滤波片和不同的带通滤光片探测材料不同辐射峰的光致发光强度。
反射镜124可以搭配可翻折支架，以进行收集端光电探测器125和光谱仪126的切换。
在实际执行过程中，反射镜124搭配可翻折支架可以先切换至光谱仪126收集探测目标的整体光致发光光谱，根据其光谱设置合适的滤光片组122，再切换至光电探测器125进行纳区光致发光扫描探测，其中，光电探测器125可以为光电倍增管。
需要注意的是，预设波段可以根据实际探测目标的不同进行相应设置，在此不做具体限制。
原子力显微镜模块200，用于在获得探测目标的形貌信息的同时，散射并调制探测目标的聚焦光斑处的光场信号，得到调制光场信号，以通过倒置显微成像模块收集调制光场信号并将调制光场信号转换为调制电学信号。
作为一种可能实现的方式，如图2所示，原子力显微镜模块200可以获取探测目标的形貌信息，通过散射并调制探测目标的聚焦光斑处的光场信号，使得倒置显微成像模块100的收集光路可以收集调制光场信号，进而基于收集的光场信号生成电学信号，即将光学信息转换为电学信息。
可选地，在本发明的一个实施例中，原子力显微镜模块200包括：探针组件、扫描器和顶部成像组件。
其中，探针组件，探针组件在探测目标表面移动，并在底部成像光路的辅助下对准探测目标的聚焦光斑处。
扫描器，用于在水平和竖直维度移动扫描探测目标，以控制探针组件移动至聚焦光斑处。
顶部成像组件，用于对探针组件进行照明，以辅助探针组件对准探测目标的聚焦光斑处。
具体而言，如图2所示，原子力显微镜模块200可以包括探针组件210、扫描器220和顶部成像组件230。
探针组件210中的探针本体的主体材料可以为硅，针尖曲率半径可以为10纳米，被驱动以本征频率振动，探针振动幅度可以为100 纳米，需要注意的是，以上数值均为示例，具体可以根据实际情况进行相应调整。
扫描器220可以在水平和竖直维度上以纳米精度移动扫描，并控制探针组件210扫描移动，在实际探测过程中，本发明实施例可以保持样品台130静止，将探针组件210移动至信号最强位置，实现探针组件210与聚焦光斑对准，即通过原子力显微镜模块200控制探针组件210移动至聚焦光斑处，对探针组件210下方的光场产生调制作用，也即是说，扫描器220可以用于辅助将探针组件210、激发光路和收集光路调至同一直线。
顶部成像组件230可以提供照明，以辅助探针组件210与激发光源对准，其中，顶部成像组件230可以包括顶部照明灯、分束镜、物镜和相机，并通过物镜和相机辅助观察探针组件210的位置，顶部成像组件230也可以为照明灯，具体结构可以根据实际情况进行相应设置，在此不做具体限制。
可选地，在本发明的一个实施例中，原子力显微镜模块200进一步用于控制探针组件的抬起或伸入，进行微区光场扫描探测和纳区光场扫描探测的切换。
在一些实施例中，如图2所示，原子力显微镜模块200可以通过抬起和伸入探针组件210，实现微区光场扫描探测和纳区光场扫描探测的切换，兼容大范围低精度的微区光致发光和小范围高精度的纳区光致发光两种扫描探测模式。
信号处理模块300，用于解调调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
在实际执行过程中，如图2所示，信号处理模块300可以基于倒置显微成像模块100转换的电学信号探针组件210的共振频率进行解调，得到超分辨的纳区光场信息输出。
可选地，在本发明的一个实施例中，信号处理模块300包括：锁相放大器和电学控制箱。
其中，锁相放大器，用于接收调制电学信号，并对调制电学信号进行解调。
电学控制箱，用于接收电学信号，并控制倒置显微成像模块100和原子力显微镜模块200执行相应的探测动作。
具体而言，如图2所示，信号处理模块300可以包括锁相放大器310和电学控制箱320。
其中，锁相放大器310可以接收光电探测器125发送的调制电学信号，并设置以探针组件210共振频率的整数倍频率，对调制电学信号进行解调；
电学控制箱320可以接受锁相放大器310的输出信号，并向基于探针扫描的纳区光致发光探测系统10中各个电学元件的发出信号指令，以控制倒置显微成像模块100和原子力显微镜模块200执行相应的探测动作，如控制探针组件210、样品台130和物镜116的移动，实现聚焦、信号采集等动作。
在实际执行过程中，电学控制箱320可以作为本申请实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统10在执行相应探测任务时涉及的所有电学信号的中转，可以与外部处理器，如电脑进行连接，实现电学控制箱320和电脑通信，电脑可以将控制指令发送至电学控制箱320，电学控制箱320输出相应的电学信号控制各个部件进行移动，并将锁相放大器310解调后的调制电学信号传输至电脑，以实现探测动作的控制和探测结果的输出。
结合图2至图6所示，以一个实施例对本发明实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统10的工作原理进行详细阐述。
如图2所示，本发明实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统10可以包括：倒置显微成像模块100、激光器111、起偏器112、二分之一波片113、扩束准直器114、涡旋波片115、物镜116、二向色镜121、滤光片组122、透镜123、反射镜124、光电探测器125、光谱仪126、样品台130、底部成像光路140、原子力显微镜模块200、探针组件210、扫描器220、顶部成像组件230、信号处理模块300、锁相放大器310和电学控制箱320。
其中，倒置显微成像模块100可以包括：激发光路、收集光路、样品台130和底部成像光路140。
激发光路可以包括：激光器111和输出激发光源的传输光路上，依次设置起偏器112、二分之一波片113、扩束准直器114、涡旋波片115、物镜116。
收集光路可以包括：二向色镜121、滤光片组122、透镜123、反射镜124、光电探测器125和光谱仪126。
原子力显微镜模块200可以包括：探针组件210、扫描器220和顶部成像组件230。
信号处理模块300可以包括：锁相放大器310和电学控制箱320。
在实际应用过程中，假设探测目标的材料为二维半导体材料单层硫化钨，其表面存在大量纳米尺度缺陷，包括但不限于纳米气泡，晶界等。
在进行探测时，将探测目标置于样品台130上，可以利用倒置显微成像模块100对激发光源进行调控并从底部聚焦于探测目标的表面。
涡旋波片115可以搭配可翻折支架，从而实现对探测目标面外和面内探测条件的切换，对于吸收偶极为面内方向的探测目标，可卸下涡旋波片115。
进一步地，通过收集光路实现光场信号的收集。
其中，收集光路可更换不同的滤光片组122来探测不同的光场信号，包括但不限于光致发光，弹性光反射和拉曼信号，例如，本发明实施例可以搭配中性衰减片探测弹性光反射，搭配低通滤光片和特定波段的带通滤光片探测光致发光和拉曼信号。
如图3所示，为对材料的不同辐射波段进行纳区光致发光探测的示意图，光致发光信号可通过更换合适的滤光片组122来进行选择性探测，使得本发明实施例可以通过放置长通滤波片和不同的带通滤光片探测材料不同辐射峰的光致发光强度。
在实际执行过程中，反射镜124搭配可翻折支架可以先切换至光谱仪126收集探测目标的整体光致发光光谱，根据其光谱设置合适的滤光片组122，再切换至光电探测器125进行纳区光致发光扫描探测，其中，光电探测器125可以为光电倍增管。
更进一步地，原子力显微镜模块200可以用于散射并调制探测目标的聚焦光斑处的光场信号，使得倒置显微成像模块100的收集光路可以收集光场信号并转换为调制电学信号。
探针组件210中的探针本体的主体材料可以为硅，针尖曲率半径可以为10纳米，被驱动以本征频率振动，探针振动幅度可以为100纳米，如图4和图5所示，原子力显微镜模块200可以通过抬起和伸入探针组件210，实现微区光场扫描探测和纳区光场扫描探测的切换，兼容大范围低精度的微区光致发光和小范围高精度的纳区光致发光两种扫描探测模式，其中，图4为探针组件210伸入后，光电探测器125信号的频域在探针振动的频率处出现增强的示意图，图5为通过抬起探针组件，获得微米尺度的光致发光扫描探测的示意图。
扫描器220可以在水平和竖直维度上以纳米精度移动扫描，并控制探针组件210扫描移动，在实际探测过程中，本发明实施例可以保持样品台130静止，将探针组件210移动至信号最强位置，实现探针组件210与聚焦光斑对准，即通过原子力显微镜模块200控制探针组件210移动至聚焦光斑处，对探针组件210下方的光场产生调制作用，也即是说，扫描器220可以用于辅助将探针组件210、激发光路和收集光路调至同一直线。
顶部成像组件230可以提供照明，以辅助探针组件210与激发光源对准，其中，顶部成像组件230可以包括顶部照明灯、分束镜、物镜和相机，并通过物镜和相机辅助观察探针组件210的位置，顶部成像组件230也可以为照明灯，具体结构可以根据实际情况进行相应设置，在此不做具体限制。
信号处理模块300可以基于倒置显微成像模块100转换的电学信号探针组件210的共振频率进行解调，得到如图6所示的超分辨的纳区光场信息输出，可同时获得材料的形貌信息和纳区光致发光信息，分辨率优于10纳米。
其中，锁相放大器310可以接受调制电学信号，对信号进行解调，并输出至电学控制箱320；
电学控制箱320可以作为本申请实施例的系统10在执行相应探测任务时涉及的所有电学信号的中转，可以与电脑进行连接，实现电学控制箱320和电脑通信，电脑可以将控制指令发送至电学控制箱320，电学控制箱320输出相应的电学信号控制各个部件进行移动，并将锁相放大器310解调后的调制电学信号传输至电脑，以实现探测动作的控制和探测结果的输出。
根据本发明实施例提出的基于探针扫描的纳区光致发光探测系统，可以通过倒置显微成像模块调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过原子力显微镜模块对光场信号进行散射并调制，再通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号，进而通过信号处理模块进行电学信号解调，同时得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息，通过对探测目标进行一定范围内的逐点扫描，同时获得探测目标的形貌与包括光致发光在内的光场信息，空间分辨率高。由此，解决了相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法。
图7是本发明实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法的流程图。
如图7所示，该基于探针扫描的纳区光致发光探测方法，包括以下步骤：
在步骤S701中，调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号。
在步骤S702中，在获得探测目标的形貌信息的同时，散射并调制探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号。
在步骤S703中，解调调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
需要说明的是，前述对基于探针扫描的纳区光致发光探测系统实施例的解释说明也适用于该实施例的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法，可以通过倒置显微成像模块调控底部激发光源，将激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号，通过原子力显微镜模块对光场信号进行散射并调制，再通过倒置显微成像模块收集并转换为调制电学信号，进而通过信号处理模块进行电学信号解调，同时得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息，通过对探测目标进行一定范围内的逐点扫描，同时获得探测目标的形貌与包括光致发光在内的光场信息，空间分辨率高。由此，解决了相关技术中的光致发光扫描探测系统受限于光学衍射极限，空间分辨率低，难以应用于被检测材料局部的纳米级尺度的缺陷检测的技术问题。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法。
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N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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或N个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。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 (6)
1.一种基于探针扫描的纳区光致发光探测系统，其特征在于，包括：
倒置显微成像模块，用于调控底部激发光源，将所述激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号；
其中，所述倒置显微成像模块包括：激发光路，用于调控所述底部激发光源；收集光路，用于收集调制光场信号；样品台，用于承载所述探测目标，以对所述探测目标进行移动扫描；底部成像光路，用于对所述探测目标进行明场成像；
其中，所述收集光路包括：二向色镜；滤光片组，用于探测所述光场信号，其中，所述滤光片组包括多种类型的滤光片组合，以基于不同类型的滤光片组合探测预设波段内相应的光场信号；反射镜；光谱仪，用于收集所述探测目标的整体光致发光光谱，以根据所述光谱匹配至少一个最佳滤光片，形成所述滤光片组；光电探测器，用于进行所述预设波段内纳区光致发光强度的扫描探测；
原子力显微镜模块，用于在获得所述探测目标的形貌信息的同时，散射并调制所述探测目标的聚焦光斑处的光场信号，得到调制光场信号，以通过倒置显微成像模块收集所述调制光场信号并将所述调制光场信号转换为调制电学信号；
其中，所述原子力显微镜模块包括：探针组件，所述探针组件在所述探测目标表面移动，并在所述底部成像光路的辅助下对准所述探测目标的聚焦光斑处；扫描器，用于在水平和竖直维度移动扫描所述探测目标，以控制所述探针组件移动至所述聚焦光斑处；顶部成像组件，用于对所述探针组件进行照明，以辅助所述探针组件对准所述探测目标的聚焦光斑处；
信号处理模块，用于解调所述调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激发光路包括：
激光器，用于输出所述激发光源，其中，所述激光器输出所述激发光源的传输光路上依次设置有起偏器、二分之一波片、扩束准直器、涡旋波片和物镜。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述原子力显微镜模块进一步用于控制所述探针组件的抬起或伸入，进行微区光场扫描探测和纳区光场扫描探测的切换。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块包括：
锁相放大器，用于接收所述调制电学信号，并对所述调制电学信号进行解调；
电学控制箱，用于控制所述倒置显微成像模块和所述原子力显微镜模块执行相应的探测动作。
5.一种基于探针扫描的纳区光致发光探测方法，其特征在于，应用如权利要求1-4任一项所述的系统，其中，所述方法包括以下步骤：
调控底部激发光源，将所述激发光源聚焦于探测目标的表面，生成探测目标的聚焦光斑处的光场信号；
在获得所述探测目标的形貌信息的同时，散射并调制所述探测目标的聚焦光斑处的光场信号，得到调制光场信号，以通过倒置显微成像模块收集所述调制光场信号并将所述调制光场信号转换为调制电学信号；
解调所述调制电学信号，得到包括光致发光在内的超分辨纳区光场信息。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求5所述的基于探针扫描的纳区光致发光探测方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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