[發(fā)明專利]一種高分辨率太赫茲近場(chǎng)光譜測(cè)試系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011560857.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112730315B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黎華;王晨捷;李子平;張真真;曹俊誠(chéng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01N21/3581
• 分類號(hào): G01N21/3581;G01N21/01;G01Q60/18;G01Q60/06;G01Q60/38
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 錢(qián)文斌;黃志達(dá)

本發(fā)明涉及一種高分辨率太赫茲近場(chǎng)光譜測(cè)試系統(tǒng)，其中，第一量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)中的第一光路后照射到所述原子力顯微鏡的探針尖端與樣品的交界處；原子力顯微鏡的探針以固定振動(dòng)頻率與所述樣品接觸，第二量子級(jí)聯(lián)激光器通過(guò)所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)中的第二光路收集原子力顯微鏡的探針尖端處產(chǎn)生的散射近場(chǎng)信號(hào)；散射近場(chǎng)信號(hào)與第二量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波在諧振腔中相互作用，產(chǎn)生下變頻的雙光梳多外差光譜；頻譜分析儀用于觀測(cè)所述雙光梳多外差光譜。本發(fā)明突破傳統(tǒng)光學(xué)衍射極限，將空間分辨率提高到納米量級(jí)，從而使單分子在THz輻射下的電磁、光譜觀測(cè)成為可能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高分辨率太赫茲近場(chǎng)光譜測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多數(shù)生物分子、氣體等物質(zhì)在太赫茲（Terahertz，THz）波段都有明顯的共振增強(qiáng)或吸收，記錄這些物質(zhì)在THz波段的指紋譜，可以建立起獨(dú)特而又準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)生物病理樣品鑒定、痕量氣體追蹤等。目前THz光譜檢測(cè)設(shè)備主要有太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)（TDS）和遠(yuǎn)紅外傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），進(jìn)行的THz光譜學(xué)研究工作基于遠(yuǎn)場(chǎng)系統(tǒng)進(jìn)行，探測(cè)結(jié)構(gòu)受到瑞利衍射極限的約束，導(dǎo)致系統(tǒng)的最佳分辨率不優(yōu)于波長(zhǎng)二分之一，即THz波段內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)光譜系統(tǒng)理論最佳分辨率只能到百十微米，只能獲得大量分子的群體相應(yīng)，無(wú)法滿足更高精度要求。另一方面TDS（FTIR）的光譜分辨率主要取決于延遲線（邁克爾遜干涉儀中動(dòng)鏡），提高光譜分辨率的必然后果是造成設(shè)備體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高分辨率太赫茲近場(chǎng)光譜測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高空間分辨率和高光譜分辨率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種高分辨率太赫茲近場(chǎng)光譜測(cè)試系統(tǒng)，包括第一量子級(jí)聯(lián)激光器、第二量子級(jí)聯(lián)激光器、準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)、原子力顯微鏡和頻譜分析儀，所述第一量子級(jí)聯(lián)激光器和第二量子級(jí)聯(lián)激光器均工作在光頻梳模式，所述第一量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波經(jīng)過(guò)所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)中的第一光路后照射到所述原子力顯微鏡的探針尖端與樣品的交界處；所述原子力顯微鏡的探針以固定振動(dòng)頻率與所述樣品接觸，所述第二量子級(jí)聯(lián)激光器通過(guò)所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)中的第二光路收集所述原子力顯微鏡的探針尖端處產(chǎn)生的散射近場(chǎng)信號(hào)；所述散射近場(chǎng)信號(hào)與所述第二量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波在諧振腔中相互作用，產(chǎn)生下變頻的雙光梳多外差光譜；所述頻譜分析儀用于觀測(cè)所述雙光梳多外差光譜。

所述第一量子級(jí)聯(lián)激光器和第二量子級(jí)聯(lián)激光器的激射光譜有重疊部分。

所述第一量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波的偏振方向?yàn)樗鲈恿︼@微鏡的探針豎直方向，通過(guò)所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)中的第一光路后與所述探針尖端耦合。

所述原子力顯微鏡以固定振動(dòng)頻率的輕敲模式進(jìn)行工作，所述振動(dòng)頻率作為所述頻譜分析儀解調(diào)近場(chǎng)信號(hào)的參考頻率。

所述量子級(jí)聯(lián)激光器和所述頻譜分析儀之間還設(shè)置有低噪聲放大器，所述低噪聲放大器以提高雙光梳信號(hào)信噪比。

所述第一光路和第二光路的光程相同。

所述準(zhǔn)直聚焦系統(tǒng)由對(duì)稱的第一光路和第二光路構(gòu)成，包括：第一離軸拋物面鏡、第一ITO反射鏡、第二離軸拋物面鏡、第二ITO反射鏡、反射鏡、三角鏡和第三離軸拋物面鏡；所述第一量子級(jí)聯(lián)激光器發(fā)出的太赫茲波由所述第一離軸拋物面鏡收集準(zhǔn)直入射至所述第一ITO反射鏡，由所述第一ITO反射鏡反射后再經(jīng)所述三角鏡和反射鏡反射，由第二拋物面鏡聚焦到所述原子力顯微鏡的探針尖端處；所述原子力顯微鏡的探針尖端處產(chǎn)生的散射近場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)所述第三離軸拋物面鏡后，由所述反射鏡和三角鏡反射后再經(jīng)所述第二ITO反射鏡反射至所述第二離軸拋物面鏡，所述第二離軸拋物面鏡收集準(zhǔn)直入射至所述第二量子級(jí)聯(lián)激光器。

有益效果