專利名稱:量子相干顯微探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯微探測(cè)裝置，特別是一種量子相干顯微探測(cè)裝置。主要按可控制方式發(fā)生非線性變化的光學(xué)系統(tǒng)和量子相干及微懸臂的非線性動(dòng)力學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)微觀樣品探測(cè)。
背景技術(shù)：
已有技術(shù)中斯.爾.李(S.L.Lee)等人在“活塞式原子力顯微鏡微懸臂的非線性動(dòng)力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的比較”(Nonlinear dynamics ofmicro-cantilevers in tapping mode atomic force micro-scopyAcomparison between theory and experiment，Physical Review B 66115049(2002))一文中論述了微懸臂的非線性動(dòng)力學(xué)的機(jī)理。巴拉克.達(dá)延(Bavak Dayan)等人在“寬帶下轉(zhuǎn)換光相干控制雙光子吸收(Twophoton absorption and coherent control with Broadbanddown-converted light，Physical Review Letters V.93，N.2，(2004))一文中用BBO晶體I型非共線下轉(zhuǎn)換方法實(shí)現(xiàn)相干控制雙光子吸收。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種量子相干顯微探測(cè)裝置，該裝置具有探測(cè)精度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明量子相干顯微探測(cè)裝置的原理是利用控制壓電晶體管驅(qū)動(dòng)懸臂震蕩，掃描樣品組織表面，激光器照射探針和樣品時(shí)，微懸臂的非線性動(dòng)力學(xué)特性使反射光攜帶探針和樣品之間勢(shì)場(chǎng)的相互作用信息，將其與泵浦光在非線性晶體中利用非線性效應(yīng)進(jìn)行放大，出射的信號(hào)光經(jīng)濾波延遲后與閑置光通過(guò)二向色片進(jìn)入銣盒。激發(fā)銣原子5S-4D能級(jí)，實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)輸出，光譜特性反映了樣品組織的信息。該裝置具有探測(cè)精度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種量子相干顯微探測(cè)裝置，其特點(diǎn)是它的最核心元件為晶體，該晶體置于一諧振腔之內(nèi)，該諧振腔的輸入端之前是光纖探頭，該光纖探頭連接在一原子力顯微鏡微懸臂的一端，該微懸臂的另一端與雙壓電晶片元件緊連著并置于樣品之上方，樣品下面緊連接著壓電晶體管，一激光器置于光纖探頭的上方，諧振腔出射端放置一光柵對(duì)，該光柵對(duì)的斜上方是內(nèi)腔，一濾波器置于該內(nèi)腔中，并與計(jì)算機(jī)相連接，光柵對(duì)另一側(cè)放置一直角反射元件，第一二向色片置于所述直角反射元件內(nèi)側(cè)，第二二向色片置于第一二向色片的下方，一銣盒置于第二二向色片信號(hào)光的反射光方向，并與計(jì)算機(jī)相連接，該銣盒的輸出端依次接一鎖相振蕩器與一微控制器，該微控制器的輸出端與壓電晶體管連接，另一路泵浦光光源置于所述晶體一側(cè)，該泵浦光光源發(fā)出的光進(jìn)入該晶體，從晶體發(fā)出的閑置光進(jìn)入另一側(cè)的準(zhǔn)直元件，并經(jīng)折射元件和第二二向色片進(jìn)入銣盒。
所述的激光器和泵浦激光器可為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
所述的雙壓電晶片元件是具有雙折射的晶體。
所述的微懸臂是彈性較高的金屬。
所述的光纖探頭是具有全內(nèi)反射特性經(jīng)氫氟酸刻蝕而成的。
所述的諧振腔是平面反射鏡，平凹反射鏡出射鏡面為半透半反組合而成的。
所述的晶體為BBO，LBO，KDP，KTP非線性晶體。
所述的內(nèi)腔是凹面全反射鏡組合而成的。
所述的光柵對(duì)為平面閃耀光柵。
所述的濾波器是選波形濾波器。
所述的反射元件是平面，平凹反射鏡組成。
所述的二向色片是鍍膜平面鏡，只透射，不準(zhǔn)反射光反向透射。
所述的銣盒是帶有入射口和出射口的金屬盒。
所述的鎖相振蕩器是數(shù)模轉(zhuǎn)換器，電子元件構(gòu)成的。
所述的微控制器是轉(zhuǎn)換器，電子元件集成的。
所述的準(zhǔn)直元件是平行光管，或是望遠(yuǎn)鏡，或是兩個(gè)凹透鏡組。
所述的壓電晶體管是具有壓電性能材料制成的。
本發(fā)明量子相干控制雙光子吸收顯微探測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)1.使用本發(fā)明量子相干顯微探測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)比信號(hào)光自身帶寬和脈寬提高3-5個(gè)數(shù)量級(jí)的探測(cè)精度。
2.不直接接觸樣品表面，不損傷樣品，特別適合易傷的軟組織表面探測(cè)。
3.樣品更換容易，使用的種類多。
4.信噪比較高。
圖1是本發(fā)明量子相干顯微探測(cè)裝置的最佳實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-雙壓電晶片元件 2-微懸臂 3-光纖探頭 4-激光器5-諧振腔 6-泵浦激光器 7-晶體 8-內(nèi)腔 9-光柵對(duì)10-濾波器 11-反射元件 12-第一二向色片 13-銣盒14-鎖相振蕩器 15-微控制器 16-計(jì)算機(jī) 17-第二二向色片18-折射元件 19-準(zhǔn)直元件 20-壓電晶體管 21-樣品。
具體實(shí)施方式
先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明量子相干顯微探測(cè)裝置最佳結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖，由圖可見，本發(fā)明量子相干顯微探測(cè)裝置，包括最核心的元件晶體7，晶體7置于諧振腔5之內(nèi)，諧振腔5之前是光纖探頭3，光纖探頭連接在原子力顯微鏡的微懸臂2的一端。該微懸臂2的另一端與雙壓電晶片元件1緊連著，置于樣品21之上方。樣品21下面緊連接著壓電晶體管20，激光器4置于光纖探頭3上方，諧振腔5出射端放置著光柵對(duì)9，光柵對(duì)9的斜上方是內(nèi)腔8，濾波器10置于內(nèi)腔8中，并于計(jì)算機(jī)16相連接，光柵對(duì)9另一側(cè)放置反射元件11，第一二向色片12置于反射元件11左側(cè)，第二二向色片17置于第一二向色片12下方，銣盒13置于第二二向色片17之后，并與計(jì)算機(jī)16相連接，鎖相振蕩器14與微控制器15分別置于銣盒13之后，毫微控制器15與壓電晶體管20連接，另一路泵浦激光光源6置于晶體7左側(cè)。晶體7右側(cè)是準(zhǔn)直元件19，折射元件18置于準(zhǔn)直元件19之后，并位于第二二向色片17之前。
所說(shuō)的激光器4和泵浦激光器6可為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
所說(shuō)的雙壓電晶片元件1是聚偏氟乙烯(PVDF)和三氟乙烯的共聚物，或是奇數(shù)尼龍制成的。
所說(shuō)的懸臂2是彈性高的金屬制成。
所說(shuō)的光纖探頭3是具有全內(nèi)反射特性的光纖經(jīng)氫氟酸刻蝕而成的。
所說(shuō)的諧振腔5是平面反射鏡，平凹反射鏡，凹面反射鏡，入射端鍍有全反射膜，出射端鍍半透半反膜。
所說(shuō)的晶體7是BBO，LBO，KDP，KTP非線性晶體。
所說(shuō)的內(nèi)腔8是鍍?nèi)瓷淠さ陌济嫒瓷溏R而成。
所說(shuō)的光柵對(duì)9為平面閃耀光柵。
所說(shuō)的濾波器10是選波形濾波器。
所說(shuō)的反射元件11是平面，平凹反射鏡組成。
所說(shuō)的二向色片12和17是鍍膜平面鏡，只透射，不準(zhǔn)反射光反向透射。
所說(shuō)的銣盒13是開有入射窗口和出射窗口的金屬盒，入射窗口是紅外玻璃制成的，出射窗口是光電多通道倍增管。
所說(shuō)的鎖相振蕩器14是數(shù)模轉(zhuǎn)換器電子元件構(gòu)成的。
所說(shuō)的毫微控制器15是寄存器(SAR)轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器，電子元件集成的。
所說(shuō)的壓電晶體管20是高均勻性，高完整性的石英，或鈮酸鋰，或鉭酸鋰，或四硼酸鋰，或鈮酸鉀制成的。
所說(shuō)的準(zhǔn)直元件19是平行光管，或是望遠(yuǎn)鏡，或是兩個(gè)凸透鏡組。
所說(shuō)的折射元件18是玻璃，或透明聚合物制成的平板。
所說(shuō)的計(jì)算機(jī)16可處理控制信號(hào)。
本發(fā)明的量子相干顯微探測(cè)裝置工作過(guò)程是
當(dāng)激光器4發(fā)出的激光照射到光纖探頭3時(shí)，光纖探頭3在雙壓電晶片元件1和微懸臂2的帶動(dòng)下有自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，樣品21在壓電晶體管20受微控制器15和鎖相振蕩器14的控制下也有其自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，光纖探頭3傳輸?shù)墓庹丈涞綐悠?1表面再反射時(shí)攜帶了微懸臂2和樣品21之間非線性動(dòng)力學(xué)特性的信息，帶有相互作用信息反射的信號(hào)光Is進(jìn)入諧振腔5內(nèi)入射到非線性晶體7上，泵浦激光器6發(fā)出的泵浦光Ip與信號(hào)光Is成一定角度入射到晶體7內(nèi)，信號(hào)光Is與泵浦光Ip在晶體7內(nèi)相遇時(shí)的非線性耦合效應(yīng)，使信號(hào)光Is被放大，由晶體7輸出兩種光，一種是被放大的信號(hào)光Gs，另一種光稱為空閑光Gi，空閑光Gi經(jīng)準(zhǔn)直元件19準(zhǔn)直后經(jīng)折射元件18射向第二二向色片17，信號(hào)光Gs由光柵對(duì)9的第一個(gè)光柵轉(zhuǎn)射向內(nèi)腔8，經(jīng)內(nèi)腔8中的濾波器10選出相應(yīng)的波形，選波形控制由計(jì)算機(jī)16的程序控制，選出波形的信號(hào)光Gs經(jīng)內(nèi)腔8另一端反射鏡匯聚到光柵對(duì)9的第二個(gè)光柵，然后射向反射元件11和二向色片12和17，信號(hào)光Gs與空閑光Gi之間有延遲，經(jīng)二向色片17的信號(hào)光Gs和空閑光Gi一同射向銣盒13，銣中的5S-4D能級(jí)被激發(fā)躍遷后產(chǎn)生熒光譜，熒光譜被銣盒13出射窗口即光電多通道倍增管接收后傳送到計(jì)算機(jī)16上處理出可讀數(shù)據(jù)和圖形。
在圖1所示的裝置中，激光器4是用固體激光器作光源，輸出波長(zhǎng)是800nm，晶體是BBO，泵浦激光器輸出3ns脈沖，波長(zhǎng)516.65nm，一兆瓦峰值功率，測(cè)得樣品分辨0.04nm。
權(quán)利要求
1.一種量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于它的最核心元件為晶體(7)，該晶體(7)置于一諧振腔(5)之內(nèi)，諧振腔(5)的輸入端之前是光纖探頭(3)，該光纖探頭(3)連接在一原子力顯微鏡微懸臂(2)的一端，該微懸臂(2)的另一端與雙壓電晶片元件(1)緊連著并置于樣品(21)之上方，樣品(21)下面緊連接著壓電晶體管(20)，一激光器(4)置于光纖探頭(3)的上方，諧振腔(5)出射端放置光柵對(duì)(9)，該光柵對(duì)(9)的斜上方是內(nèi)腔(8)，一濾波器(10)置于該內(nèi)腔(8)中，并與計(jì)算機(jī)(16)相連接，光柵對(duì)(9)另一側(cè)放置一直角反射元件(11)，第一二向色片(12)置于所述直角反射元件(11)內(nèi)側(cè)，第二二向色片(17)置于第一二向色片(12)的下方，一銣盒(13)置于第二二向色片(17)信號(hào)光的反射光方向，并與計(jì)算機(jī)(16)相連接，該銣盒(13)的輸出端依次接一鎖相振蕩器(14)與一微控制器(15)，該微控制器(15)的輸出端與壓電晶體管(20)連接，另一路泵浦光光源(6)置于所述晶體(7)一側(cè)，該泵浦光光源(6)發(fā)出的光進(jìn)入該晶體(7)，從晶體(7)發(fā)出的閑置光進(jìn)入另一側(cè)的準(zhǔn)直元件(19)，并經(jīng)折射元件(18)和第二二向色片(17)進(jìn)入銣盒(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的激光器(4)和泵浦光源(6)為光纖固體激光器，或半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的所述的雙壓電晶片元件(1)是具有雙折射的晶體，是聚偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物，或是奇數(shù)尼龍制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的所述的晶體(7)是BBO，或LBO，或KDP，或KTP非線性晶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的內(nèi)腔(8)是鍍?nèi)瓷淠さ陌济嫒瓷溏R構(gòu)成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的光柵對(duì)(9)為平面閃耀光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的反射元件(11)是平面反射鏡，或平凹反射鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的第一二向色片(12)和第二二向色片(17)是只透射，不準(zhǔn)反射光反向透射的鍍膜平面鏡。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的銣盒(13)是開有入射窗口和出射窗口的金屬盒，入射窗口是紅外玻璃制成的，出射窗口是光電多通道倍增管。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的量子相干顯微探測(cè)裝置，其特征在于所述的壓電晶體管(20)是高均勻性，高完整性的石英，或鈮酸鋰，或鉭酸鋰，或四硼酸鋰，或鈮酸鉀制成的。
專利摘要
一種量子相干顯微探測(cè)裝置，其核心元件為晶體，晶體置于一諧振腔之內(nèi)，該諧振腔之前是光纖探頭，該光纖探頭連接微懸臂的一端，該微懸臂的另一端與雙壓電晶片元件緊連并置于樣品上方，樣品下面緊連壓電晶體管，激光器置于光纖探頭上方，諧振腔出射端放置一光柵對(duì)，該光柵對(duì)的斜上方是內(nèi)腔，一濾波器置于該內(nèi)腔中并與計(jì)算機(jī)連接，光柵對(duì)另一側(cè)放置反射元件，第一二向色片置于反射元件一側(cè)，第二二向色片置于第一二向色片下方，一銣盒置于第二二向色片反射光方向并與計(jì)算機(jī)相連接，該銣盒鏡鎖相振蕩器與微控制器與壓電晶體管連接，泵浦光源置于所述晶體一側(cè)，從晶體發(fā)出的閑置光進(jìn)入另一側(cè)的準(zhǔn)直元件經(jīng)折射元件和第二二向色片進(jìn)入銣盒。
文檔編號(hào)G01Q60/24GKCN1614390SQ200410089022
公開日2005年5月11日 申請(qǐng)日期2004年12月2日
發(fā)明者金石琦, 龔尚慶 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan