CN117572028B - 一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法 - Google Patents

Abstract

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，属于太赫兹近场成像领域，主要解决光学显微镜不能清晰观察到探针悬臂激光光斑，激光光路调整复杂、缓慢、不准确性问题，采用调整激光器位置对发射的激光进行粗调、调整激光器位置对发射的激光进行精调以及利用光斑位置检测器对接收的激光进行调整的三步法，利用阴影放大投影法，可以直接有效观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，快速调解激光光路。本调整方法具有快速、操作方便的特点。

Description

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法

技术领域

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，属于太赫兹近场系统成像领域，具体涉及太赫兹近场系统矩形悬臂探针位移控制。

背景技术

太赫兹近场成像系统是基于近场扫描显微镜系统，由太赫兹源、太赫兹光路、抛物面镜、探针平台等组成。太赫兹波由太赫兹源发出，经过太赫兹光路，到达抛物面镜聚焦到近场扫描显微镜中的探针平台上，样品在探针平台的下方，探针反射的太赫兹波携带样品的近场信息经抛物面镜返回到太赫兹光路，到达近场扫描显微镜的信号处理系统中，实现太赫兹近场的高分辨率的成像功能。其成像精度一般为纳米级精度，几十纳米甚至可以到几纳米的精度。

太赫兹近场系统中的表面成像原理为检测悬臂探针的微小位移控制，采用激光照射悬臂的尖端，光斑位置探测器即四象限探测器就可检测出探针悬臂的偏转。通过电子学反馈系统使弯曲量保持一定，即控制扫描管Z 轴使作用于探针针尖与样品间的力保持一定。在扫描的同时，通过记录反馈信号就可以得到样品表面的形貌。其中激光器发出的激光经探针悬臂反射到光斑位置探测器也是成像的第一步，需要进行激光光路调整。太赫兹近场系统采用的探针悬臂一般为矩形，宽度为50微米量级，长度在200微米量级，探针尖端的结构小，需要在光学显微镜下观察探针悬臂背部的红色的激光光斑的光强最大点，使激光光斑的光强最大点移动到探针的尖端。但是经常会出现探针的背部不均匀、反射、材料等原因，在显微镜下很难清晰的观察到探针悬臂上的激光光斑。出现这种情况，目前采取的方法为先将激光光斑调整到探针根部的2毫米宽度基底上，肉眼观察激光反射到光斑探测器，再将激光光斑移动到探针悬臂上，不能直接有效观察，由光斑探测器的数值和控制软件中激光光斑窗口中红点位置判断。但存在一定的不准确性，当激光未经过探针悬臂反射，经过别的位置反射也有可能实现，探针工作时直接导致探针损坏。由于不能直接有效观察，需要有一定的经验和耐性，这样使激光光路的调整工作变的非常复杂和缓慢。

发明内容

本发明内容是利用阴影放大投影法，可以直接观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，使激光光路调整具有快速、操作方便的特点。

为解决显微镜不能清晰观察到探针悬臂激光光斑，激光光路调整复杂、缓慢、不准确性问题，本发明在激光光路调整中，针对激光光斑在探针悬臂难以在显微镜直接观察下问题，利用阴影放大投影法，在探针下端5厘米以上位置平面上，观察光斑的放大阴影，使探针尖端的阴影位于激光光斑的中间位置，直接观察判断激光光斑在探针悬臂的位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：先调解激光器发出的激光到探针附近，调整激光器的位置旋钮，在光学显微镜下观察使激光位于探针的根部2毫米宽度基底上，调整激光器旋钮，使基底上光斑位于探针的根部中心。再调整旋钮使激光向探针悬臂移动，在投影放大法下观察激光光斑，在探针下端5厘米以上位置平面上，观察光斑的放大阴影，调整激光器旋钮使探针尖端的阴影位于激光光斑的中间位置，可明显观察。再调整光斑探测器的位置旋钮，观察光斑探测器的数值和控制软件中激光光斑窗口中红点位置，使光斑探测器数值最大，激光光斑窗口红点位置位于中心，这样激光光斑最大并处于光斑探测器中间位置，激光光路调整完成。

本发明的具体技术方案如下：

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，利用阴影放大投影法，能够直接观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，快速对激光光路进行调整，所述方法包括以下步骤：

步骤一，调整激光器位置对发射的激光进行粗调；

步骤二，调整激光器位置发射的激光的进行精调；

步骤三，利用光斑位置检测器对接收的激光进行调整。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明的优点是可快速准确对激光光路进行调整，解决显微镜不能清晰观察到探针悬臂激光光斑，激光光路调整复杂、缓慢、不准确性的难题，调整时间一般为十几分钟，最快可以在2-3分钟。本操作方法具有快速、操作方便的特点。

附图说明

图1是显微镜下观察探针和光斑光强最大点示意图；

图2是投影放大法下观察探针和光斑示意图；

图3是投影放大法下调整探针和光斑位置示意图；

图4是投影放大法下探针和光斑阴影的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，利用阴影放大投影法，可以直接观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，解决显微镜不能清晰观察到探针悬臂激光光斑问题，快速对激光光路进行调整。激光光路为激光器发出的激光经探针悬臂反射到光斑位置探测器，由于探针在工作时会移动，一般采取探针固定，对激光器和光斑位置探测器进行调整，保证发射激光的最大的反射到光斑探测器中。

本发明的一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，具体包括以下步骤，

步骤一，调整激光器位置对发射的激光进行粗调。肉眼观察调解激光器发出的激光到探针附近，调整激光器的位置调解旋钮，在光学显微镜下观察使激光位于探针的根部2毫米宽度的基底上。在光学显微镜下观察根部的激光光斑，调整激光器的位置调解旋钮，使基底上光斑位于探针的根部中心。再调整位置调解旋钮使激光向探针悬臂移动，在光学显微镜下观察激光光斑光强最大点是否在探针中心，在中心位置如图1所示。但是由于探针的背部不均匀、反射、材料等各种原因，在光学显微镜下很难清晰的观察到探针悬臂上的激光光斑最大点，难以保证在探针中心。

步骤二，调整激光器位置对发射的激光进行精调。在投影放大法下观察激光光斑，在探针下端距离5厘米以上的位置平面上，观察光斑的放大阴影。阴影放大法为利用激光到探针上的100微米的光斑，在5厘米位置平面放大，可将光斑的阴影放大30-50倍形成3-5毫米的光斑，可明显观察光斑和探针的相对位置。经第一步调整激光光斑位于探针附近，在投影放大法观察，调整后的光斑和探针示意图如图2所示，探针位于光斑中心，其中光斑中心为光强的最大点。事实上，光斑经常不在探针中心，如图3所示，光斑在探针附近，微调激光器的位置调解旋钮，向探针方向移动光斑，在探针下端5厘米的位置平面上观察光斑和探针的投影，如图4所示，探针遮挡的阴影部分位于光斑的中心位置，这样光斑光强最大点已经在探针背部中心。

步骤三，利用光斑位置检测器对接收的激光进行调整，肉眼观察探针反射的激光到达光斑位置检测器，如果不在光斑位置探测器上，调整光斑位置探测器的固定螺丝使激光位移光斑位置探测器中。利用控制软件观察，光斑探测器的显示的SUM数值和激光光斑窗口中红点位置，调整光斑探测器的位置旋钮，使光斑探测器SUM数值最大，激光光斑窗口红点位置位于窗口中心，这样激光光斑最大并处于光斑探测器中间位置，激光光路调整完成。

一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，主要解决光学显微镜不能清晰观察到探针悬臂激光光斑，激光光路调整复杂、缓慢、不准确性问题，利用阴影放大投影法，可以直接有效观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，快速对激光光路进行调整。本操作方法具有快速、操作方便的特点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种太赫兹近场系统激光光路的调整方法，利用阴影放大投影法，能够直接观察判断激光光斑在探针悬臂的位置，快速对激光光路进行调整，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，调整激光器位置对发射的激光进行粗调；

步骤二，调整激光器位置对发射的激光进行精调；

步骤三，利用光斑位置检测器对接收的激光进行调整；

步骤一的具体实现方法为，肉眼观察激光器发出的激光到探针附近，调整激光器的位置调解旋钮，光学显微镜下观察使激光位于探针的根部2毫米宽度的基底上；在光学显微镜下观察根部的激光光斑，调整激光器的位置调解旋钮，使基底上光斑位于探针的根部中心，再调整位置调解旋钮使激光向探针悬臂移动，在光学显微镜下观察激光光斑光强最大点是否在探针中心；

步骤二的具体实现方法为，在投影放大法下观察激光光斑，在探针下端距离5厘米以上的位置平面上，观察光斑的放大阴影，阴影放大法为利用激光到探针上的100微米的光斑，在5厘米位置平面放大，将光斑的阴影放大30-50倍形成3-5毫米的光斑，明显观察光斑和探针的相对位置，经步骤一调整激光光斑位于探针附近，在投影放大法观察，调整后的光斑和探针位于光斑中心，其中光斑中心为光强的最大点；如果光斑不在探针中心，光斑在探针附近，微调激光器的位置调解旋钮，向探针方向移动光斑，在探针下端5厘米的位置平面上观察光斑和探针的投影，探针遮挡的阴影部分位于光斑的中心位置，这样光斑光强最大点已经在探针背部中心；

步骤三的具体实现方法为，肉眼观察探针反射的激光到达光斑位置检测器，并观察，使光斑探测器数值SUM值最大，激光光斑窗口红点位置位于窗口中心。