[发明专利]原子力显微镜-全内反射红外光谱同步获取装置及方法

说明书

本发明公开一种原子力显微镜‑全内反射红外光谱同步获取装置及方法，涉及红外光谱技术领域，合束镜将红外激光和可见激光进行合束，使红外激光和可见激光共线，得到共线激光，入射调节组件使共线激光垂直经过三棱镜的入射侧面聚焦到样品侧面上，且使共线激光的焦点位于针尖的正下方，完成共线激光和原子力显微镜探针的空间位置耦合，处理器对原子力显微镜生成的微悬臂偏转信号和光热探测器生成的反射激光强度信号进行处理，同时得到原子力显微镜红外光谱和全内反射红外光谱，从而可同步获取原子力显微镜红外光谱和全内反射红外光谱，实现原子力显微镜红外光谱和全内反射红外光谱的同时、原位采集。

技术领域

本发明涉及红外光谱技术领域，特别是涉及一种原子力显微镜-全内反射红外光谱同步获取装置及方法。

背景技术

红外光谱技术利用样品对红外光的吸收，可以检测样品内部的特征官能团。当红外光的波长在中红外波段范围时，其频率可以耦合样品分子中共价键的伸缩、弯曲振动，因此红外光谱技术对于样品的内部结构具有较强的解析能力。

红外光谱技术包括全内反射红外光谱技术和原子力显微镜红外光谱技术。全内反射红外光谱技术通过将样品固定在红外透明材料的表面，调节入射角，使红外激光在红外透明材料-空气界面处发生全内反射，利用全内反射产生的消逝场对样品分子的特征官能团进行激发，收集全内反射后的激光，并与原始激光背景强度进行比对，可以得到样品的全内反射红外光谱。原子力显微镜红外光谱技术在近年来得到了长足发展，该技术通过搭建红外激光光路，将一束调制红外激光照射到原子力显微镜的样品表面，通过可见激光的诱导，实现原子力显微镜探针和红外激光的耦合，得到原子力显微镜红外光谱。原子力显微镜红外光谱技术使用原子力显微镜探针作为光谱的检测器，突破了红外成像的衍射极限，将红外成像的分辨率从微米级提升至纳米级，目前常用的原子力显微镜红外光谱技术有上入射和下入射两种模式，其中上入射模式可以结合镀金原子力显微镜探针和镀金样品衬底实现原子力显微镜红外光谱的增强，以达到较高的信噪比；下入射模式通过红外激光在红外透明材料-空气界面处发生全内反射时产生的消逝场激发样品，通常使用镀金原子力显微镜探针以提升信噪比。

针对全内反射红外光谱技术，由于红外激光的波长较长(一般为5-15微米)，受到衍射极限的影响，其红外成像分辨率被限制在了微米级。针对该缺点，原子力显微镜红外光谱技术实现了样品的纳米级红外成像，将红外成像分辨率提升了两个数量级。但是由于原子力显微镜红外光谱技术使用原子力显微镜探针作为红外激光的检测器，其检测原理高度依赖于样品的热膨胀系数，因此需要样品的全内反射红外光谱作为对照，以确保采集的原子力显微镜红外光谱的可靠性。然而实际过程中，难以实现全内反射红外光谱和原子力显微镜红外光谱的同时、原位(同位置)采集，最终导致两种红外光谱的同步性难以得到保障。

发明内容

本发明的目的是提供一种原子力显微镜-全内反射红外光谱同步获取装置及方法，可同步获取原子力显微镜红外光谱和全内反射红外光谱，实现原子力显微镜红外光谱和全内反射红外光谱的同时、原位采集。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种原子力显微镜-全内反射红外光谱同步获取装置，所述同步获取装置包括红外激光光源、可见激光光源、合束镜、入射调节组件、三棱镜、原子力显微镜、光热探测器和处理器；所述三棱镜的样品侧面上放置有样品；所述原子力显微镜的原子力显微镜探针的针尖与所述样品相接触；

所述合束镜用于将所述红外激光光源发出的红外激光和所述可见激光光源发出的可见激光进行合束，使所述红外激光和所述可见激光共线，得到共线激光，并将所述共线激光入射至所述入射调节组件；所述共线激光包括所述红外激光和所述可见激光；

所述入射调节组件用于反射所述共线激光，使所述共线激光垂直经过所述三棱镜的入射侧面聚焦到所述样品侧面上，且使所述共线激光的焦点位于所述针尖的正下方；