[發明專利]STM針尖增強光譜獲取裝置及其獲取方法

有效

• 申請號: 202011538913.0
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112748260B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 張立功;申德振;劉雷;徐海;徐輯廉
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01Q60/12
• 分類號: G01Q60/12;G01Q60/16
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

1.一種STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，包括激光器、STM針尖、針尖壓電位移臺、樣品臺、光譜儀、倍頻器和信號處理系統；其中，

所述樣品臺用于承載測試樣品并帶動所述測試樣品沿水平方向移動；

所述激光器用于發出脈沖激光并聚焦于所述測試樣品表面形成光斑；

STM針尖垂直于所述測試樣品表面并指向所述光斑的中心；

所述針尖壓電位移臺用于在驅動信號的驅動下，帶動所述STM針尖垂直于所述測試樣品表面做階躍式位移運動；

所述倍頻器用于在所述驅動信號的觸發下，輸出二倍頻的脈沖信號至所述光譜儀，使所述驅動信號在上升沿和下降沿分別同步觸發所述光譜儀；

所述光譜儀用于采集一個運動周期內所述STM針尖位于最低點和最高點時在所述測試樣品表面誘發的光譜信號；其中，所述STM針尖位于運動周期內的最低點時，在所述測試樣品表面激發出增強光信號；

所述信號處理系統用于對每個運動周期內采集的兩個光譜信號做差減處理，獲得差減光譜，并基于所述測試樣品同一位置的多個差減光譜進行線性疊加，獲得增強光譜。

2.根據權利要求1所述的STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，所述STM針尖在運動周期內的最低點位置相距所述測試樣品表面0.1～1nm，所述STM針尖在運動周期內的最高點位置相距所述測試樣品表面3～100nm。

3.根據權利要求1或2所述的STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，所述STM針尖在運動周期內最低點位置和最高點位置時的保持時間分別大于所述光譜儀的采集時間。

4.根據權利要求3所述的STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，所述STM針尖的運動頻率為10Hz～500Hz。

5.根據權利要求3所述的STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，所述STM針尖在運動周期內最低點位置和最高點位置時的保持時間為3～10ms。

6.根據權利要求1所述的STM針尖增強光譜獲取裝置，其特征在于，驅動所述針尖壓電位移臺的波形為方波或梯形波。

7.一種STM針尖增強光譜獲取方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、通過樣品臺帶動測試樣品沿水平方向移動，同時激光器發出脈沖激光聚焦于所述測試樣品的表面，形成圓形或橢圓形光斑；

S2、通過驅動信號驅動針尖壓電位移臺帶動STM針尖垂直于所述光斑的中心做階躍式位移運動，同時觸發倍頻器輸出二倍頻的脈沖信號至光譜儀，使所述驅動信號在上升沿和下降沿分別同步觸發所述光譜儀；

S3、通過光譜儀采集一個運動周期內所述STM針尖位于最低點和最高點時在所述測試樣品表面誘發的光譜信號；

S4、通過信號采集系統對每個運動周期內采集的兩個光譜信號做差減處理，獲得差減光譜，并基于多個差減光譜進行線性疊加，獲得去除背景信號的光譜。

8.如權利要求7所述的STM針尖增強光譜獲取方法，其特征在于，所述STM針尖在運動周期內最低點位置和最高點位置時的保持時間分別大于所述光譜儀的采集時間；以及，所述STM針尖在運動周期內的最低點位置相距所述測試樣品表面0.1～1nm，所述STM針尖在運動周期內的最高點位置相距所述測試樣品表面3～100nm。

9.根據權利要求7所述的STM針尖增強光譜獲取方法，其特征在于，以所述STM針尖在運動周期內的最高點位置獲得的光譜作為背景，以所述STM針尖在運動周期內的最低點位置獲得的光譜作為響應，通過差減算法，去除背景光信號。

10.根據權利要求9所述的STM針尖增強光譜獲取方法，其特征在于，預先測定N組所述STM針尖在運動周期內的最高點位置時所誘發的光譜信號，通過對N組光譜信號的統計分布和加權平均處理，確定背景光譜基準和均方偏差，根據該背景光譜基準和均方偏差對每次所述STM針尖在運動周期內的最高點位置獲得的光譜信號進行甄別，在光譜信號偏離所述背景光譜基準超過均方偏差1倍時，作為無效光譜；其中，5＜N＜10。