CN212780880U - 一种基于原子力显微镜的光路集成结构 - Google Patents

Abstract

一种基于原子力显微镜的光路集成结构，包括：基板，用于提供支撑基础；载物台组件，设置在基板上用于放置待测物；激光发生组件，设置在基板上用于发出激光束；第一反射组件，设置在所述基板上用于将激光发生组件产生的激光束反射到载物台组件；第二反射组件，设置在所述基板上用于将载物台组件反射回来的激光束反射到探测器单元；探测器单元，设置在所述基板上用于接收第二反射组件反射来的激光束并感应激光束的落点位置。本实用新型的有益效果在于，本实用新型的结构通过双反射镜精准定位，定位精度可达纳米级，载物台组件和探针调节器可实现对探针的移动控制更加细微精确，省去大量光路调节时间，使得实验效率得到提升。

Description

一种基于原子力显微镜的光路集成结构

技术领域

本实用新型属于显微镜设备技术领域，具体为一种基于原子力显微镜的光路集成结构。

背景技术

原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

由于目前原子力显微镜的探针使用寿命问题，探针更换较频繁，传统的每次更换完探针之后都需要调节激光器的激光光路，使激光反射在探针上，而由于探针体积极小，传统的调节光路中不采用放大镜进行辅助，调节时间有时可以需要3至4小时，这使得时间大幅度浪费，实验效率大幅度降低，因此我们提出一种基于原子力显微镜的光路集成结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：为了解决现有原子力显微镜更换探针后需要重新调节激光光路，导致效率降低，时间浪费的问题，提供一种基于原子力显微镜的光路集成结构。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于原子力显微镜的光路集成结构，包括：

基板，用于提供支撑基础；

载物台组件，设置在基板上用于放置待测物；

激光发生组件，设置在基板上用于发出激光束；

第一反射组件，设置在所述基板上用于将激光发生组件产生的激光束反射到载物台组件；

第二反射组件，设置在所述基板上用于将载物台组件反射回来的激光束反射到探测器单元；

探测器单元，设置在所述基板上用于接收第二反射组件反射来的激光束并感应激光束的落点位置。

可选地，所述载物台组件设置在所述基板上表面的一侧，所述激光发生组件、第一反射组件、第二反射组件和探测器单元设置在所述基板上表面的另一侧，所述第一反射组件和第二反射组件设置在所述激光发生组件和探测器单元之间，所述第一反射组件靠近所述激光发生组件设置，所述第二反射组件靠近所述探测器单元设置。

可选地，所述第一反射组件包括：第一调节座和第一反射镜，所述第一调节座转动设置在所述基板上，所述第一反射镜固定在所述第一调节座上。

可选地，所述第二反射组件包括：第二调节座和第二反射镜，所述第二调节座转动设置在所述基板上，所述第二反射镜固定在所述第二调节座上。

可选地，所述激光发生组件上的输出端设置有凸透镜。

可选地，所述载物台组件包括：基座、电机、螺纹推进杆、管状压电扫描器、固定滑块、载物片、探针；

所述固定滑块滑动设置在所述基座内，所述电机设置在所述基座一端，所述固定滑块上设置有螺纹孔，所述螺纹推进杆一端与所述电机的输出端连接，所述螺纹推进杆另一端与所述固定滑块的螺纹孔配合，所述固定滑块上设置有固定板，所述管状压电扫描器设置在固定板上，所述管状压电扫描器上远离螺纹推进杆一端设置所述载物片，所述载物片上设置所述探针。

可选地，所述基座包括：在基板上对称设置的两个角座以及设置在角座上的盖板，所述角座与盖板组成滑槽用于让所述固定滑块在其内部滑动，所述角座与盖板接近固定滑块的一侧设置有陶瓷涂层。

可选地，所述基板底部设置有减震垫，所述基板上开设有多个固定孔，所述固定孔内设有螺栓，所述螺栓位于所述基板下方的位置设置有弹簧，所述弹簧底部位置设有垫片。

可选地，所述激光发生组件包括：筒体、固定块、反射板、激光二极管，所述筒体内一端设置所述激光二极管，所述反射板分别倾斜设置在所述激光二极管上下两侧，所述反射板一端与激光二极管抵接，所述反射板另一端固定在筒体内壁上，所述固定块设置在所述激光二极管发射方向一侧，所述固定块分别设置在所述筒体内上下两侧，上下两侧的固定块之间界定一通道，所述固定块靠近激光二极管的一侧设有反射膜，所述固定块上靠近通道侧及远离激光二极管的一侧设有吸光层。

可选地，所述探针通过探针调节器固定于载物片上，所述探针调节器包括：探针座、底座、齿轮组和调节旋钮，所述探针座用于固定探针，所述底座固定设置在所述载物片一端，所述探针座设置在所述底座上，所述底座内靠近探针座一侧开设有滑槽，所述探针座靠近底座一侧设置有伸入滑槽内的限位滑块，所述齿轮组设置在所述底座内并且一端外露，所述探针座靠近底座一侧设置设有凸齿，所述凸齿与齿轮组啮合，所述调节旋钮设置在所述底座外部并与所述齿轮组另一端连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，通过将激光发生组件、反射镜、探针以及探测器单元进行角度固定，保证激光发生组件的激光经第一反射镜照射在探针上，探针上的激光反射至第二反射镜，然后照射到探测器单元上，在需要更换探针时，通过控制齿轮组带动探针座进行调节移动，可设置减速齿轮组，例如三个大小不同的齿轮传动，使得探针座的移动控制更加细微精确，省去大量光路调节时间，使得实验效率得到提升。

2、本实用新型中，通过在基板底部设置减震垫，同时基板的固定用螺栓上设置弹簧，在使用时，减震垫与弹簧吸收使用过程中碰撞或移动时的震动力，保证基板的稳定，同时也是避免探针受震动过度敲击在探测物体上，导致探针断裂，造成不必要的损失和麻烦问题。

3、本实用新型中，通过在激光发生组件中正对激光二极管位置设置反射膜和反射板，在激光二极管发出激光时，反射膜和反射板不断将漫射出去的激光重新反射至激光束中，避免激光损耗大，同时在通道与固定块左侧设置了吸光层，吸收激光照射出去的散射光，避免光线散射造成探针激光强度低，反射的激光微弱影响探测器单元检测的情况发生。

4、本实用新型中，通过步进电机带动载物片进行前后移动，配合探针调节器对探针进行左右与前后位置的调节，省去大量人工用放大镜进行辅助调节光路的时间，同时角座内与固定滑块紧贴位置设置了陶瓷涂层，增加耐磨性，避免长时间使用磨损大导致间距过大出现偏移影响激光对准探针的情况出现。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图；

图2为本实用新型中固定基座的结构示意简图；

图3为本实用新型的侧视图；

图4为本实用新型中激光发生组件的部分剖视图；

图5为本实用新型中探针调节器的结构示意简图。

图中标记：1、基板；2、基座；3、电机；4、螺纹推进杆；5、管状压电扫描器；6、载物片；7、固定孔；8、激光发生组件；9、凸透镜；10、第一调节座；11、第一反射镜；12、第二调节座；13、第二反射镜；14、探测器单元；15、探针调节器；16、螺栓；17、弹簧；18、垫片；19、减震垫；20、筒体；21、固定块；22、反射板；23、激光二极管；24、反射膜；25、吸光层；26、通道；27、角座；28、盖板；29、陶瓷涂层；30、固定板；31、固定滑块；32、探针；33、探针座；34、凸齿；35、限位滑块；36、滑槽；37、第一齿轮；38、第二齿轮；39、第三齿轮；40、底座。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一：如图1所示，一种基于原子力显微镜的光路集成结构，包括：

基板1，用于提供支撑基础；

载物台组件，设置在基板1上用于放置待测物；

激光发生组件8，设置在基板1上用于发出激光束；

第一反射组件，设置在所述基板1上用于将激光发生组件8产生的激光束反射到载物台组件；

第二反射组件，设置在所述基板1上用于将载物台组件反射回来的激光束反射到探测器单元14；

探测器单元14，设置在所述基板1上用于接收第二反射组件反射来的激光束并感应激光束的落点位置。

所述载物台组件设置在所述基板1上表面的一侧，所述激光发生组件8、第一反射组件、第二反射组件和探测器单元14设置在所述基板1上表面的另一侧，所述第一反射组件和第二反射组件设置在所述激光发生组件8和探测器单元14之间，所述第一反射组件靠近所述激光发生组件8设置，所述第二反射组件靠近所述探测器单元14设置。

所述第一反射组件包括：第一调节座10和第一反射镜11，所述第一调节座10转动设置在所述基板1上，所述第一反射镜11固定在所述第一调节座10上。

所述第二反射组件包括：第二调节座12和第二反射镜13，所述第二调节座12转动设置在所述基板1上，所述第二反射镜13固定在所述第二调节座12上。

所述探测器单元14包括但不限于为四象限探测器。

所述激光发生组件8上的输出端设置有凸透镜9。

如图2所示，所述载物台组件包括：基座2、电机3、螺纹推进杆4、管状压电扫描器5、固定滑块31、载物片6、探针32。

所述固定滑块31滑动设置在所述基座2内，所述电机3设置在所述基座2一端，所述固定滑块31上设置有螺纹孔，所述螺纹推进杆4一端与所述电机3的输出端连接，所述螺纹推进杆4另一端与所述固定滑块31的螺纹孔配合，当电机3带动螺纹推进杆4转动时，螺纹推进杆4带动所述固定滑块31在所述基座2内滑动。所述固定滑块31上设置有固定板30，所述管状压电扫描器5设置在固定板30上，所述管状压电扫描器5上远离螺纹推进杆4一端设置所述载物片6，所述载物片6上设置所述探针32。

所述基座2包括：在基板1上对称设置的两个角座27以及设置在角座27上的盖板28，所述角座27与盖板28组成滑槽用于让所述固定滑块31在其内部滑动，所述角座27与盖板28接近固定滑块31的一侧设置有陶瓷涂层29。

使用时，激光发生组件8发出的激光经第一反射镜11反射至探针32上，然后探针32反射激光至第二反射镜13反射至探测器单元14，在更换完探针之后，调整探针32的位置使光路任然经第一反射镜11反射后能照射到探针32上，并且探针32反射激光至第二反射镜13反射至探测器单元14，探测器单元14感应激光的落点，从而精准调整光路，调节精度可达纳米级。

实施例二：如图3所示，本实施例与上述实施例基本相同，不同之处在于，所述基板1底部设置有减震垫19，所述基板1上开设有多个固定孔7，所述固定孔7内设有螺栓16，所述螺栓位于所述基板1下方的位置设置有弹簧17，所述弹簧17底部位置设有垫片18。所述减震垫19与弹簧17可以吸收使用过程中碰撞或移动时的震动力，保证基板1的稳定，同时也是避免探针受震动过度敲击在探测物体上，导致探针32断裂，造成不必要的损失和麻烦问题。

实施例三：如图4所示，本实施例与上述实施例基本相同，不同之处在于，所述激光发生组件8包括：筒体20、固定块21、反射板22、激光二极管23，所述筒体20内一端设置所述激光二极管23，所述反射板22分别倾斜设置在所述激光二极管23上下两侧，所述反射板22一端与激光二极管23抵接，所述反射板22另一端固定在筒体20内壁上，所述固定块21设置在所述激光二极管23发射方向一侧，所述固定块21分别设置在所述筒体20内上下两侧，上下两侧的固定块21之间界定一通道26，所述固定块21靠近激光二极管23的一侧设有反射膜24，所述固定块21上靠近通道26侧及远离激光二极管23的一侧设有吸光层25。

通过在激光发生器8中正对激光二极管23位置设置反射膜24和反射板22，在激光二极管23发出激光时，反射膜24和反射板22不断将漫射出去的激光重新反射至激光束中，避免激光损耗大，同时在通道26与固定块21左侧设置了吸光层25，吸收激光照射出去的散射光，避免光线散射造成探针激光强度低，反射的激光微弱影响探测器检测的情况发生。

实施例四：如图5所示，本实施例与上述实施例基本相同，不同之处在于，所述探针32通过探针调节器15固定于载物片6上，所述探针调节器15包括：探针座33、底座40、齿轮组和调节旋钮(图中未示)，所述探针座33用于固定探针32，所述底座40固定设置在所述载物片6一端，所述探针座33设置在所述底座40上，所述底座40内靠近探针座33一侧开设有滑槽36，所述探针座33靠近底座40一侧设置有伸入滑槽36内的限位滑块35，所述滑槽36与限位滑块35配合可让所述探针座33沿所述底座40产生相对滑动，所述齿轮组设置在所述底座40内并且一端外露，所述探针座33靠近底座40一侧设置设有凸齿34，所述凸齿34与齿轮组啮合，所述调节旋钮设置在所述底座40外部并与所述齿轮组另一端连接，通过转动调节旋钮可带动齿轮组转动，从而使探针座33产生位移。

所述齿轮组包括：第一齿轮37、第二齿轮38和第三齿轮39，所述第一齿轮37、第二齿轮38和第三齿轮39相互啮合，所述第一齿轮37与凸齿34相啮合，所述第三齿轮39与调节旋钮连接。所述齿轮组可采用减速齿轮组，通过转动调节旋钮精确调节探针座的位移距离。

在需要更换探针时，通过控制齿轮组中第三齿轮转动进而带动探针座进行调节移动，三个大小不同的齿轮传动，使得探针座的移动控制更加细微精确，省去大量光路调节时间，使得实验效率得到提升。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，包括：

基板(1)，用于提供支撑基础；

载物台组件，设置在基板(1)上用于放置待测物；

激光发生组件(8)，设置在基板(1)上用于发出激光束；

第一反射组件，设置在所述基板(1)上用于将激光发生组件(8)产生的激光束反射到载物台组件；

第二反射组件，设置在所述基板(1)上用于将载物台组件反射回来的激光束反射到探测器单元(14)；

探测器单元(14)，设置在所述基板(1)上用于接收第二反射组件反射来的激光束并感应激光束的落点位置。

2.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述载物台组件设置在所述基板(1)上表面的一侧，所述激光发生组件(8)、第一反射组件、第二反射组件和探测器单元(14)设置在所述基板(1)上表面的另一侧，所述第一反射组件和第二反射组件设置在所述激光发生组件(8)和探测器单元(14)之间，所述第一反射组件靠近所述激光发生组件(8)设置，所述第二反射组件靠近所述探测器单元(14)设置。

3.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述第一反射组件包括：第一调节座(10)和第一反射镜(11)，所述第一调节座(10)转动设置在所述基板(1)上，所述第一反射镜(11)固定在所述第一调节座(10)上。

4.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述第二反射组件包括：第二调节座(12)和第二反射镜(13)，所述第二调节座(12)转动设置在所述基板(1)上，所述第二反射镜(13)固定在所述第二调节座(12)上。

5.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述激光发生组件(8)上的输出端设置有凸透镜(9)。

6.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述载物台组件包括：基座(2)、电机(3)、螺纹推进杆(4)、管状压电扫描器(5)、固定滑块(31)、载物片(6)、探针(32)；

所述固定滑块(31)滑动设置在所述基座(2)内，所述电机(3)设置在所述基座(2)一端，所述固定滑块(31)上设置有螺纹孔，所述螺纹推进杆(4)一端与所述电机(3)的输出端连接，所述螺纹推进杆(4)另一端与所述固定滑块(31)的螺纹孔配合，所述固定滑块(31)上设置有固定板(30)，所述管状压电扫描器(5)设置在固定板(30)上，所述管状压电扫描器(5)上远离螺纹推进杆(4)一端设置所述载物片(6)，所述载物片(6)上设置所述探针(32)。

7.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述基座(2)包括：在基板(1)上对称设置的两个角座(27)以及设置在角座(27)上的盖板(28)，所述角座(27)与盖板(28)组成滑槽用于让所述固定滑块(31)在其内部滑动，所述角座(27)与盖板(28)接近固定滑块(31)的一侧设置有陶瓷涂层(29)。

8.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述基板(1)底部设置有减震垫(19)，所述基板(1)上开设有多个固定孔(7)，所述固定孔(7)内设有螺栓(16)，所述螺栓位于所述基板(1)下方的位置设置有弹簧(17)，所述弹簧(17)底部位置设有垫片(18)。

9.根据权利要求1所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述激光发生组件(8)包括：筒体(20)、固定块(21)、反射板(22)、激光二极管(23)，所述筒体(20)内一端设置所述激光二极管(23)，所述反射板(22)分别倾斜设置在所述激光二极管(23)上下两侧，所述反射板(22)一端与激光二极管(23)抵接，所述反射板(22)另一端固定在筒体(20)内壁上，所述固定块(21)设置在所述激光二极管(23)发射方向一侧，所述固定块(21)分别设置在所述筒体(20)内上下两侧，上下两侧的固定块(21)之间界定一通道(26)，所述固定块(21)靠近激光二极管(23)的一侧设有反射膜(24)，所述固定块(21)上靠近通道(26)侧及远离激光二极管(23)的一侧设有吸光层(25)。

10.根据权利要求6所述的基于原子力显微镜的光路集成结构，其特征在于，所述探针(32)通过探针调节器(15)固定于载物片(6)上，所述探针调节器(15)包括：探针座(33)、底座(40)、齿轮组和调节旋钮，所述探针座(33)用于固定探针(32)，所述底座(40)固定设置在所述载物片(6)一端，所述探针座(33)设置在所述底座(40)上，所述底座(40)内靠近探针座(33)一侧开设有滑槽(36)，所述探针座(33)靠近底座(40)一侧设置有伸入滑槽(36)内的限位滑块(35)，所述齿轮组设置在所述底座(40)内并且一端外露，所述探针座(33)靠近底座(40)一侧设置设有凸齿(34)，所述凸齿(34)与齿轮组啮合，所述调节旋钮设置在所述底座(40)外部并与所述齿轮组另一端连接。

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