[發明專利]一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統及成像方法

在審

• 申請號: 202210955541.4
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115436364A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 劉衍朋;吳曉玥;林繁榮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 徐曉鷺

1.一種自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，包括激光器、激發光路、反射光路和位移臺；

其中，位移臺上設有樣品托(15)用于固定樣品，樣品放在樣品托(15)上，通過金線與樣品托連接，樣品托(15)通過引腳連接第一鎖相放大器(12)、第二鎖相放大器(4)和源表(11)，分別用于顯示微小電信號、樣品反射率信號和施加偏置電信號；

所述激光器(1)連接第一鎖相放大器(12)與第二鎖相放大器(4)，為兩臺鎖相放大器輸入參考頻率；該激光器(1)發出線偏振激光進入激發光路，激發光路的激光照射至樣品，樣品反射該激光，一部分反射激光直接反饋至CCD相機(6)進行顯示成像，另一部分反射激光進入顯微鏡頂部光路盒中的反射光路，在反射光路中經過分束鏡、反射鏡反饋至光電探測器(5)；光電探測器(5)與第二鎖相放大器(4)相連，以得到樣品反射信號，以確定掃描位置。

2.根據權利要求1所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，所述激光器(1)包括主激光器盒(18)中集成的若干子激光器及其控制器、盒外拓展激光器(19)及其控制器；主激光器盒(18)與盒外拓展激光器(19)射出的線偏振激光均可進入同一激發光路。

3.根據權利要求2所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，所述主激光器盒(18)射出的激光通過可旋轉第一反射鏡(22)直接進入激發光路，其中，拓展激光器(19)與激發光路之間還設有斬波器(20)，斬波器(20)與第一鎖相放大器(12)相連，控制輸入第一鎖相放大器(12)的參考頻率；主激光器盒(18)中若干個子激光器通過其對應連接的控制器，輸出不同波長的激光，經過反射鏡和分束鏡的調整后從激光器盒的出光口導出，通過位于出光口光路下游的可旋轉第一反射鏡(22)進入激發光路。

4.根據權利要求1至3任意一項所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，所述激發光路通過反射鏡改變激光傳播方向和平面，具體的，線偏振激光從激光器(1)射出后依次經過反射鏡進入顯微鏡頂部光路盒，其中，激光器(1)與反射鏡的光路中間設有第一光闌(23)、第二光闌(24)，用于對激光進行準直。

5.根據權利要求4所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，顯微鏡頂部光路盒包括第四反射鏡(26)和第五反射鏡(28)用于改變激光方向，同時一個四分之一玻片(27)耦合于第四、第五反射鏡之間的光路中，用于改變激光的偏振方向，使激光可以從線偏振變為橢圓偏振和圓偏振，第五反射鏡(28)反射的光線經過第一分束鏡(3)和第二分束鏡(7)進入顯微鏡內部光路(9)。

6.根據權利要求5所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，所述反射光路為樣品臺被反射的激光經由顯微鏡內部光路和第二分束鏡(7)后于顯微鏡頂部光路盒進入光電探測器的部分，具體的，反射激光通過第二分束鏡(7)進入顯微鏡頂部光路盒，由盒內的第一分束鏡(3)分束，并經由第六反射鏡(29)反射進入光電探測器(5)。

7.根據權利要求6所述的自旋和能谷極化信號的無損成像系統，其特征在于，位移臺包括層疊設置的主掃描位移臺(13)和次掃描位移臺(14)，分別對樣品位置進行粗調和細調，所述主掃描位移臺(13)置于次掃描位移臺(14)的下方；主掃描位移臺(13)通過三個電機控制x、y、z方向，并與搖桿相連，對樣品進行位置的粗調與聚焦；次掃描位移臺(14)通過控制器與計算機相連，在軟件中可以對樣品位置進行xy平面內細調，并可以設置平面內微米級掃描步長。