RU2695027C2 - Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope - Google Patents
Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695027C2 RU2695027C2 RU2017128877A RU2017128877A RU2695027C2 RU 2695027 C2 RU2695027 C2 RU 2695027C2 RU 2017128877 A RU2017128877 A RU 2017128877A RU 2017128877 A RU2017128877 A RU 2017128877A RU 2695027 C2 RU2695027 C2 RU 2695027C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mirror
- signal
- reference arm
- optical
- frequency
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 84
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 38
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 238000001919 Rayleigh scattering spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004621 scanning probe microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
- G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q30/00—Auxiliary means serving to assist or improve the scanning probe techniques or apparatus, e.g. display or data processing devices
- G01Q30/04—Display or data processing devices
- G01Q30/06—Display or data processing devices for error compensation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Способ детектирования ближнепольного оптического отклика для сканирующего зондового микроскопа (СЗМ) относится к методам ближнепольной оптической микроскопии рассеивающего типа и может быть использован для исследования оптических свойств образцов с нанометровым разрешением, например, позволяет различать металлические, полупроводниковые и диэлектрические участки на поверхности образцов, выполнять картирование образцов в ИК микроскопии и спектроскопии на наноуровне.The method of detecting the near-field optical response for a scanning probe microscope (SPM) refers to the methods of near-field optical microscopy of the scattering type and can be used to study the optical properties of samples with a nanometer resolution, for example, allows you to distinguish metallic, semiconductor and dielectric sections on the surface of samples, to perform sample mapping in IR microscopy and spectroscopy at the nanoscale.
Известен способ детектирования ближнепольного оптического отклика для сканирующего зондового микроскопа, включающий сближение осциллирующего на частоте Ω зондового датчика, с образцом, фокусирование на острие зондового датчика оптического излучения с длиной волны λ в диапазоне от 0.4 мкм до 500 мкм источника излучения, посредством фокусирующего элемента, измерение ближнепольного оптического отклика первым синхронным детектором посредством детектирования сигнала оптического детектора на высшей гармонике осцилляций зондового датчика nΩ, где n - порядок высшей гармоники, с использованием схемы интерферометра Майкельсона, в которой модуль подвижки устанавливает зеркало опорного плеча в заданные положения [F. Keilmann and R. Hillenbrand, "Near-field microscopy by elastic light scattering from a tip", Philos. Trans. A. Math. Phys. Eng. Sci., vol. 362, no. 1817, pp. 787-805, 2004].There is a method of detecting a near-field optical response for a scanning probe microscope, including converging a probe sensor oscillating at frequency Ω, with a sample, focusing optical radiation with a wavelength λ in the range from 0.4 μm to 500 μm, using a focusing element, measuring near-field optical response by the first synchronous detector by detecting the signal of the optical detector at the highest harmonic of oscillations of the probe sensor nΩ, where n is the highest harmonic order, using the Michelson interferometer scheme, in which the slip module sets the mirror of the reference arm to the given positions [F. Keilmann and R. Hillenbrand, "Near-field microscopy by elastic light scattering from a tip", Philos. Trans. A. Math. Phys. Eng. Sci., Vol. 362, no. 1817, pp. 787-805, 2004].
Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.This method is chosen as a prototype of the proposed solution.
Недостаток этого способа заключается в том, что механические перемещения зеркала опорного плеча в каждой точке на величину λ/8 ограничивают быстродействие методики скоростью в ~3 мс/точку, так как типичные резонансные частоты модуля подвижки зеркала опорного пучка составляют около 300 Гц. Кроме этого, механические вибрации при перемещениях зеркала приводят к дополнительным вибрациям, увеличивающим погрешность измерения.The disadvantage of this method is that the mechanical displacements of the reference arm mirror at each point by λ / 8 limit the speed of the technique at a speed of ~ 3 ms / point, since the typical resonant frequencies of the module for moving the reference beam mirror are about 300 Hz. In addition, mechanical vibrations during movement of the mirror lead to additional vibrations, which increase the measurement error.
Технический результат изобретения заключается в увеличении быстродействия измерения благодаря слежению за фазой регистрируемого сигнала посредством системы обратной связи. Это также приводит к уменьшению механических вибраций и соответственно уменьшению погрешности измерений.The technical result of the invention is to increase the measurement performance by tracking the phase of the recorded signal through a feedback system. This also leads to a decrease in mechanical vibrations and, accordingly, to a decrease in measurement error.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе детектирования ближнепольного оптического отклика для сканирующего зондового микроскопа, включающем сближение осциллирующего на частоте Ω зондового датчика, с образцом, фокусирование на острие зондового датчика оптического излучения с длиной волны λ в диапазоне от 0.4 мкм до 500 мкм источника излучения, посредством фокусирующего элемента, измерение ближнепольного оптического отклика первым синхронным детектором посредством детектирования сигнала оптического детектора на высшей гармонике осцилляций зондового датчика nΩ, где n - порядок высшей гармоники, с использованием схемы интерферометра Майкельсона, в которой модуль подвижки устанавливает зеркало опорного плеча в заданные положения, используя систему обратной связи, изменяют положение зеркала опорного плеча посредством модуля подвижки таким образом, чтобы разница фаз ближнепольного оптического отклика и излучения, отраженного от зеркала опорного плеча, поддерживалась постоянной.This technical result is achieved by the fact that in the method of detecting the near-field optical response for a scanning probe microscope, including the convergence of the probe sensor oscillating at the frequency Ω with a sample, focusing on the tip of the probe optical radiation with a wavelength λ in the range from 0.4 μm to 500 μm of the source radiation, by means of a focusing element, the measurement of the near-field optical response by the first synchronous detector by detecting the signal of the optical detector on the highest harmonic oscillations of the probe sensor nΩ, where n is the highest harmonic order, using the Michelson interferometer scheme in which the slip module sets the reference arm mirror to the specified positions using the feedback system, change the position of the reference arm mirror by means of the slip module so that the difference phases of the near-field optical response and radiation reflected from the mirror of the reference arm were kept constant.
Существует вариант, в котором на вход системы обратной связи подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды, измеренный первым синхронным детектором на частоте nΩ, а выходной сигнал системы обратной связи управляет положением зеркала опорного плеча посредством модуля подвижки, компенсируя разницу между сигналом синусоидальной компоненты оптической амплитуды и близким к нулю значением рабочей точки, при этом регистрируется сигнал положения зеркала опорного плеча, который умножают на коэффициент пересчета 4π/λ и получают сигнал фазы оптического отклика.There is an option in which a signal of a sinusoidal optical amplitude component measured by the first synchronous detector at a frequency Ω is input to the feedback system, and the output signal of the feedback system controls the position of the reference arm mirror by shifting the module, compensating for the difference between the signal of the sinusoidal optical amplitude component and the close to zero the value of the operating point, this registers the signal of the position of the mirror of the reference arm, which is multiplied by the conversion factor 4π / λ and get phase optical response signal.
Существует вариант, в котором после получения сигнала фазы оптического отклика зеркало опорного плеча смещают при помощи модуля подвижки на заданную величину, соответствующую сдвигу фазы опорного пучка на детекторе близким к π/2+πk, k - это целое число, и в этом положении регистрируется сигнал полной оптической амплитуды, измеренный первым синхронным детектором на частоте nΩ, а после этого образец перемещают в новую точку и повторяют описанную выше процедуру в каждой точке сканирования.There is an option in which, after receiving the signal of the optical response phase, the mirror of the reference arm is shifted with a slider by a predetermined amount, corresponding to the phase shift of the reference beam at the detector close to π / 2 + πk, k is an integer, and in this position the signal is recorded total optical amplitude, measured by the first synchronous detector at a frequency Ω, and then the sample is moved to a new point and the procedure described above is repeated at each scanning point.
Существует вариант, в котором при первом сканировании линии по поверхности образца в каждой точке линии регистрируют положение зеркала опорного плеча, а затем при повторном сканировании той же линии в каждой точке посредством модуля подвижки обеспечивают сдвиг фазы луча, отраженного от зеркала опорного плеча на величину, близкой к π/2+πk, k - это целое число, относительно зарегистрированного при первом сканировании линии положения зеркала опорного плеча в этой же точке, при этом при повторном сканировании линии первым синхронным детектором регистрируется сигнал полной оптической амплитуды на частоте nΩ, после этого образец перемещают на следующую линию и повторяют описанную выше процедуру для каждой следующей линии сканирования.There is an option in which when the line is scanned for the first time on the sample surface at each point of the line, the position of the reference arm mirror is recorded, and then when the same line is re-scanned at each point, the shift module provides a phase shift of the beam reflected from the reference arm mirror by an amount close to to π / 2 + πk, k is an integer relative to the reference arm registered at the first scanning line of the position of the mirror of the reference arm at the same point, while re-scanning the line with the first synchronous detector m, a full optical amplitude signal is recorded at the frequency Ω, then the sample is moved to the next line and the procedure described above is repeated for each subsequent scan line.
Существует вариант, в котором с частотой f модулируют сигнал, управляющий положением зеркала опорного плеча посредством модуля подвижки, и на вход системе обратной связи подают сигнал синусоидальной компонентой измеренный вторым синхронным детектором на частоте f, при этом на вход второму синхронному детектору подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды, измеренный первым синхронным детектором на частоте nΩ, и выходной сигнал системы обратной связи изменяет положение зеркала опорного плеча посредством модуля подвижки, компенсируя разницу между сигналом синусоидальной компоненты, измеренный вторым синхронным детектором на частоте f, и близким к нулю значением рабочей точки, при этом в процессе сканирования регистрируется сигнал полной оптической амплитуды и положение зеркала опорного плеча, которое умножают на коэффициент пересчета 4π/λ, и получают сигнал фазы оптического отклика.There is an option in which the signal that controls the position of the mirror of the reference arm is modulated with a frequency module with a frequency f, and a sinusoidal component measured by a second synchronous detector at a frequency f is input to the feedback system, and a sinusoidal optical signal is fed to the second synchronous detector amplitude, measured by the first synchronous detector at a frequency Ω, and the output signal of the feedback system changes the position of the reference arm through the slider module and, compensating for the difference between the signal of the sinusoidal component, measured by the second synchronous detector at frequency f, and the operating point value close to zero, the scanning process records the full optical amplitude signal and the position of the reference arm mirror, which is multiplied by a conversion factor of 4π / λ, and an optical response phase signal is obtained.
Существует вариант, в котором в заданном диапазоне изменяют длину волны λ источника излучения и строят зависимость сигнала полной оптической амплитуды от длины волны λ источника излучения, при этом в результате получается спектральная зависимость амплитуды ближнепольного оптического отклика от длины волны λ.There is a variant in which in a given range they change the wavelength λ of the radiation source and build the dependence of the full optical amplitude signal on the wavelength λ of the radiation source, and the result is a spectral dependence of the amplitude of the near-field optical response on the wavelength λ.
Существует вариант, в котором положение зеркала опорного плеча регистрируют посредством датчиков смещения.There is an option in which the position of the support arm mirror is recorded by means of displacement sensors.
Существует вариант, в котором угол зеркала опорного плеча поддерживают постоянным при перемещении посредством модуля подвижки с помощью системы обратной связи, на вход которой подаются значения датчиков углового смещения, а выходной сигнал управляет углом модуля подвижки, компенсируя угловые отклонения при перемещениях.There is an option in which the angle of the mirror of the support arm is kept constant during movement by the slide module using a feedback system, to the input of which the values of the angular displacement sensors are fed, and the output signal controls the angle of the slide module compensating the angular deviations during the movements.
На фиг. 1 изображена принципиальная схема установки для детектирования ближнепольного оптического отклика.FIG. 1 is a schematic diagram of an installation for detecting a near-field optical response.
На фиг. 2 изображена зависимость сигнала полной оптической амплитуды от перемещения зеркала опорного плеча.FIG. 2 shows the dependence of the full optical amplitude signal on the movement of the reference arm mirror.
На фиг. 3 изображена зависимость сигнала синусоидальной компоненты оптической амплитуды от перемещения зеркала опорного плеча.FIG. 3 shows the dependence of the signal of the sinusoidal component of the optical amplitude on the displacement of the mirror of the reference arm.
На фиг. 4 изображена зависимость сигнала синусоидальной компонентой со второго синхронного детектора от перемещения зеркала опорного плеча.FIG. 4 shows the dependence of the signal of the sinusoidal component from the second synchronous detector on the displacement of the mirror of the reference arm.
Предложенный способ реализуется на устройстве, схема которого изображена на фиг. 1. Это устройство включает зондовый датчик 1, образец 2, зафиксированный на сканирующем основании 3. Зондовый датчик 1 в зоне взаимодействия с образцом 2 заканчивается острием 4. Источник излучения 5, оптически сопряжен посредством фокусирующего элемента 6 закрепленного на подвижке 7 с острием 4 зондовый датчик 1. Схема СЗМ в общем виде описана в [Миронов, В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии - Н. Новгород: Институт физики микроструктур, 2004., 110 с.]. Оптический детектор 8 посредством делителя пучка 12 оптически сопряжен с острием 4, которое вносит периодические возмущения в ближнепольный отклик образца. Также с оптическим детектором 8 оптически сопряжено зеркало опорного плеча 14, закрепленное на модуле подвижке 13. Используемая схема интерферометра Майкельсона. Оптический детектор 8 электрически сопряжен с первым синхронным детектором 11. В свою очередь первый генератор 9 электрически сопряжен с пьезовибратором 10 и первым синхронным детектором 11. Второй генератор 16 электрически сопряжен с модулем подвижки 13 и вторым синхронным детектором 18. Система обратной связи 15 электрически сопряжена с первым синхронным детектором 11 или вторым синхронным детектором 18 и блоком управления 17 модуля подвижки 13. Датчики линейного смещения 19 и углового смещения 20 сопряжены с зеркалом опорного плеча 14.The proposed method is implemented on a device whose circuit is shown in FIG. 1. This device includes a
Способ детектирования ближнепольного оптического отклика для сканирующего зондового микроскопа реализуется следующим образом. Производят сближение осциллирующего на частоте Ω (например, 100 кГц.) зондового датчика 1 с образцом 2. После этого фокусируют на острие 4 зондового датчика 1 оптическое излучение от источника излучения 5, в качестве которого можно использовать, например, перестраиваемый ИК СО2 лазер или квантово-каскадный лазер с перестраиваемой длиной волны или лазер видимого или ближнего ИК диапазона или источник ТГц излучения. Длина волны λ этого излучения находится в диапазоне от 0.4 мкм до 500 мкм. Фокусировка оптического излучения осуществляется посредством фокусирующего элемента 6, в качестве которого можно использовать, например, параболическое металлическое зеркало с Au напылением или Ge линзу Измерение ближнепольного оптического отклика первым синхронным детектором 11 осуществляют посредством детектирования сигнала оптического детектора 8 на высшей гармонике осцилляций зондового датчика 1 nΩ, где n - порядок высшей гармоники. Для этого используют интерферометр Майкельсона, в котором модуль подвижки 13 устанавливает зеркало опорного плеча 14 в заданные положения. В качестве модуля подвижки 13 можно использовать пьезокерамическую подвижку с блоком управления. Далее, используя систему обратной связи 15, изменяют положение зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13 таким образом, чтобы разница фаз ближнепольного оптического отклика и излучения, отраженного от зеркала опорного плеча 14, поддерживалась постоянной.The method of detecting the near-field optical response for a scanning probe microscope is implemented as follows. Probe
Существует вариант, в котором на вход системы обратной связи 15 подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ. При этом выходной сигнал системы обратной связи 15 управляет положением зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13. В результате компенсируется разница между сигналом синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25 и близким к нулю значением рабочей точки. Эта величина может быть в диапазоне от -10% до 10% величины максимального значения сигнала синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25. При этом регистрируется сигнал положения зеркала опорного плеча 14, который умножают на коэффициент пересчета 4π/λ и получают сигнал фазы оптического отклика 28. После этого при необходимости образец 2 перемещают в новую точку и повторяют описанную выше процедуру в каждой точке сканирования.There is an option in which a signal of a sinusoidal component of an
Существует вариант, в котором после получения сигнала фазы оптического отклика 28 зеркало опорного плеча 14 смещают при помощи модуля подвижки 13 на заданную величину. Эта величина соответствует сдвигу фазы опорного пучка на детекторе близким к π/2+πk (k - это целое число) и может быть в диапазоне ±π/20. В этом положении регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ. После этого образец 2 перемещают в новую точку и повторяют описанную выше процедуру в каждой точке сканирования. Существует вариант, в котором при первом сканировании линии по поверхности образца 2 в каждой точке линии регистрируют положение зеркала опорного плеча 14. Затем при повторном сканировании той же линии в каждой точке посредством модуля подвижки 13 обеспечивают сдвиг фазы луча, отраженного от зеркала опорного плеча 14 на величину, близкой к π/2+πk (k - это целое число), относительно зарегистрированного при первом сканировании линии положения зеркала опорного плеча 14 в этой же точке. При этом при повторном сканировании линии первым синхронным детектором 11 регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26 на частоте nΩ. После этого образец 2 перемещают на следующую линию и повторяют описанную выше процедуру для каждой следующей линии сканирования.There is an option in which, after receiving the signal of the optical response phase 28, the mirror of the
Существует вариант, в котором с частотой f модулируют сигнал, управляющий положением зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13. Частота f может быть в диапазоне 100 Гц до 10 кГц. На вход системе обратной связи подают сигнал синусоидальной компонентой 27 измеренный вторым синхронным детектором 18 на частоте f. При этом на вход второму синхронному детектору 18 подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ. Выходной сигнал системы обратной связи изменяет положение зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13, компенсируя разницу между сигналом синусоидальной компоненты 27, измеренный вторым синхронным детектором 18 на частоте f, и близким к нулю значением рабочей точки. При этом в процессе сканирования регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26 и положение зеркала опорного плеча 14, которое умножают на коэффициент пересчета 4π/λ и получают сигнал фазы оптического отклика.There is a variant in which, with a frequency f, a signal is modulated that controls the position of the mirror of the
Существует вариант, в котором в заданном диапазоне (например, для квантово-каскадного ИК лазера в диапазоне от 9,5 мкм до 12 мкм) изменяют длину волны λ источника излучения 5 и строят зависимость сигнала полной оптической амплитуды 26 от длины волны λ источника излучения 5. При этом в результате получают спектральную зависимость амплитуды ближнепольного оптического отклика от длины волны λ.There is an option in which in a given range (for example, for a quantum cascade IR laser in the range from 9.5 μm to 12 μm) change the wavelength λ of the
Существует вариант, в котором положение зеркала опорного плеча 14 регистрируют посредством датчиков линейного смещения 19. Они могут быть выполнены в виде емкостных датчиков смещенияThere is an option in which the position of the mirror of the
Существует вариант, в котором угол зеркала опорного плеча 14 поддерживают постоянным при перемещении посредством модуля подвижки 13 с помощью системы обратной связи 15. На ее вход подают значения датчиков углового смещения 20. При этом выходной сигнал управляет углом модуля подвижки 13, компенсируя угловые отклонения при перемещениях.There is an option in which the angle of the mirror of the
То, что в способе детектирования ближнепольного оптического отклика для сканирующего зондового микроскопа, используя систему обратной связи 15 изменяют положение зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13 таким образом, чтобы разница фаз ближнепольного оптического отклика и излучения, отраженного от зеркала опорного плеча 14, поддерживалась постоянной приводит к тому, что увеличивается быстродействие, а также снижается уровень механических шумов и вибрации, создаваемых модулем подвижки 13 зеркала опорного плеча 14 и, соответственно, уменьшается погрешность измерений.The fact that the method of detecting the near-field optical response for a scanning probe microscope, using the
То, что на вход системы обратной связи 15 подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ, а выходной сигнал системы обратной связи 15 управляет положением зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13, компенсируя разницу между сигналом синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25 и близким к нулю значением рабочей точки, при этом регистрируется сигнал положения зеркала опорного плеча 14, который умножают на коэффициент пересчета 4π/λ, и получают сигнал фазы оптического отклика приводит к тому, что увеличивается быстродействие, а также снижается уровень механических шумов и вибрации, создаваемых модулем подвижки 13 зеркала опорного плеча 14 и, соответственно, уменьшается погрешность измерений.The fact that the input of the
То, что после получения сигнала фазы оптического отклика зеркало опорного плеча 14 смещают при помощи модуля подвижки 13 на заданную величину, соответствующую сдвигу фазы опорного пучка на детекторе близким к π/2+πk, k - это целое число и в этом положении регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ, а после этого образец 2 перемещают в новую точку и повторяют описанную выше процедуру в каждой точке сканирования приводит к тому, что снижается погрешность измерений.The fact that after receiving the signal of the optical response phase, the mirror of the
То, что при первом сканировании линии по поверхности образца 2 в каждой точке линии регистрируют положение зеркала опорного плеча 14, а затем при повторном сканировании той же линии в каждой точке посредством модуля подвижки 13 обеспечивают сдвиг фазы луча, отраженного от зеркала опорного плеча 14 на величину, близкой к π/2+πk, k - это целое число, относительно зарегистрированного при первом сканировании линии положения зеркала опорного плеча 14 в этой же точке, при этом при повторном сканировании линии первым синхронным детектором 11 регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26 на частоте nΩ, после этого образец 2 перемещают на следующую линию и повторяют описанную выше процедуру для каждой следующей линии сканирования приводит к тому, что снижается уровень механических шумов и вибрации, создаваемых модулем подвижки 13 зеркала опорного плеча 14 и, соответственно, уменьшается погрешность измерений.The fact that the first scan of the line on the surface of
То, что с частотой f модулируют сигнал, управляющий положением зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13, и на вход системе обратной связи подают сигнал синусоидальной компонентой 27 измеренный вторым синхронным детектором 18 на частоте f, при этом на вход второму синхронному детектору 18 подают сигнал синусоидальной компоненты оптической амплитуды 25, измеренный первым синхронным детектором 11 на частоте nΩ, и выходной сигнал системы обратной связи изменяет положение зеркала опорного плеча 14 посредством модуля подвижки 13, компенсируя разницу между сигналом синусоидальной компоненты 27, измеренный вторым синхронным детектором 18 на частоте f, и близким к нулю значением рабочей точки, при этом в процессе сканирования регистрируется сигнал полной оптической амплитуды 26 и положение зеркала опорного плеча 14, которое умножают на коэффициент пересчета 4π/λ и получают сигнал фазы оптического отклика приводит к тому, что увеличивается быстродействие, а также снижается уровень механических шумов и вибрации, создаваемых модулем подвижки 13 зеркала опорного плеча 14 и, соответственно, уменьшается погрешность измерений.The fact that with a frequency f modulate the signal that controls the position of the mirror of the
То, что в заданном диапазоне изменяют длину волны λ источника излучения 5 и строят зависимость сигнала полной оптической амплитуды 26 от длины волны λ источника излучения 5, при этом в результате получается спектральная зависимость амплитуды ближнепольного оптического отклика от длины волны λ приводит снижению времени измерения, кроме того это это приводит к расширению функциональных возможностей устройства.The fact that in a given range change the wavelength λ of the
То, что положение зеркала опорного плеча 14 регистрируют посредством датчиков линейного смещения 19 приводит к тому, что устраняются нежелательные эффекты модуля подвижки 13, такие как нелинейность, люфт, гистерезис, и таким образом, приводит к уменьшению погрешности измерения сигнала фазы оптического отклика 28 и сигнала полной оптической амплитуды 26.The fact that the position of the mirror of the
То, что угол зеркала опорного плеча 14 поддерживают постоянным при перемещении посредством модуля подвижки 13 с помощью системы обратной связи 15, на вход которой подаются значения датчиков углового смещения 20, а выходной сигнал управляет углом модуля подвижки 13, компенсируя угловые отклонения при перемещениях приводит к тому, что снижается погрешность измерения сигнала фазы оптического отклика 28 и сигнала полной оптической амплитуды 26.The fact that the angle of the mirror of the
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128877A RU2695027C2 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017128877A RU2695027C2 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017128877A RU2017128877A (en) | 2019-02-20 |
RU2017128877A3 RU2017128877A3 (en) | 2019-06-19 |
RU2695027C2 true RU2695027C2 (en) | 2019-07-18 |
Family
ID=65442297
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017128877A RU2695027C2 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2695027C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6229609B1 (en) * | 1993-04-12 | 2001-05-08 | Seiko Instruments Inc. | Scanning near-field optic/atomic force microscope |
US7498564B2 (en) * | 2001-02-06 | 2009-03-03 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning near-field optical microscope |
US20100115673A1 (en) * | 2006-11-27 | 2010-05-06 | Christine Kranz | Near field scanning measurement-alternating current-scanning electrochemical microscopy devices and mehtods of use thereof |
-
2017
- 2017-08-14 RU RU2017128877A patent/RU2695027C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6229609B1 (en) * | 1993-04-12 | 2001-05-08 | Seiko Instruments Inc. | Scanning near-field optic/atomic force microscope |
US7498564B2 (en) * | 2001-02-06 | 2009-03-03 | University Of Bristol Of Senate House | Resonant scanning near-field optical microscope |
US20100115673A1 (en) * | 2006-11-27 | 2010-05-06 | Christine Kranz | Near field scanning measurement-alternating current-scanning electrochemical microscopy devices and mehtods of use thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017128877A (en) | 2019-02-20 |
RU2017128877A3 (en) | 2019-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3081979B2 (en) | microscope | |
US11714103B2 (en) | Method and apparatus for resolution and sensitivity enhanced atomic force microscope based infrared spectroscopy | |
Thurner et al. | Fiber-based distance sensing interferometry | |
CN101600388B (en) | Methods and apparatus for swept-source optical coherence tomography | |
US9372154B2 (en) | Method and apparatus for infrared scattering scanning near-field optical microscopy | |
US9658247B2 (en) | Method and apparatus for infrared scattering scanning near-field optical microscopy with high speed point spectroscopy | |
US10082523B2 (en) | Method and apparatus for infrared scattering scanning near-field optical microscopy with high speed point spectroscopy | |
US20140310839A1 (en) | Mechanical detection of raman resonance | |
RU2010154664A (en) | PROBE DETECTION SYSTEM | |
US8680467B2 (en) | High frequency deflection measurement of IR absorption with a modulated IR source | |
CN113639776B (en) | Graphene-based mechanical vibrator high-temperature sensor and working method | |
Barg et al. | Measuring and imaging nanomechanical motion with laser light | |
RU2695027C2 (en) | Method for detecting near-field optical response for scanning probe microscope | |
JP2005147979A (en) | Scanning probe microscope | |
Lipiäinen et al. | Stabilized stroboscopic full-field interferometer for characterization of subnanometer surface vibrations | |
WO2014112027A1 (en) | Fourier transform spectrometer | |
US11905165B2 (en) | System and method of continuous, vibration-less, and bi-directional MEMS mirror motion via periodic driving force for rapid data acquisition | |
Paritsky et al. | Fiber optic distance sensor with subangstrom resolution | |
JPH10170523A (en) | Scanning probe microscope, and cantilever for scanning probe microscope | |
Heikkinen et al. | Sub-kHz traceable characterization of stroboscopic scanning white light interferometer | |
TW202436878A (en) | Nano-mechanical infrared spectroscopy system and method using gated peak force ir | |
JPH11316240A (en) | Scanning near-field optical microscope | |
Lin et al. | Nanoscale defect detection by heterodyne interferometry | |
CN117629384A (en) | Microscopic laser vibration meter based on astigmatic detection | |
CN115597695A (en) | Frequency mixing vibration measurement device and method based on ultrafast pulse laser interference |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant |