表面形貌測(cè)量教學(xué)儀及采用該教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及表面形貌測(cè)量技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的測(cè)量表面形貌的工具為厚度儀，但其測(cè)量結(jié)果不夠精確，并且厚度儀只能測(cè)量厚度，無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)過(guò)程中的其他實(shí)驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有測(cè)量物體形貌的工具精度低、以及功能單一，無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)過(guò)程中的多種實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，提供一種表面形貌測(cè)量教學(xué)儀及采用該教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法。
[0004]本發(fā)明所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀包括激光器1、平面反射鏡2、可滑動(dòng)探針3和四象限探測(cè)器4;
[0005]可滑動(dòng)探針3呈豎直方向，平面反射鏡2固定在可滑動(dòng)探針3的頂部、且與可滑動(dòng)探針3垂直；
[0006]激光器1發(fā)出的激光經(jīng)平面反射鏡2反射后進(jìn)入四象限探測(cè)器4的探測(cè)面。
[0007]采用上述表面形貌測(cè)量教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法為:
[0008]步驟一、開(kāi)啟激光器1和四象限探測(cè)器4，并調(diào)節(jié)激光器1的出光角度，使得四象限探測(cè)器4能夠接收到平面反射鏡2反射的光信號(hào)；
[0009]步驟二、在可滑動(dòng)探針3下方的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上放置待測(cè)樣品，并使可滑動(dòng)探針3的端部與待測(cè)樣品接觸；
[0010]步驟三、勻速移動(dòng)待測(cè)樣品，使待測(cè)樣品與可滑動(dòng)探針3產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，完成對(duì)待測(cè)物表面形貌的掃描；
[0011 ]步驟四、根據(jù)掃描結(jié)果獲得待測(cè)樣品的表面形貌。
[0012]本發(fā)明所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀，其光路呈“V”字形，能夠提高測(cè)量精度，測(cè)量精度能夠達(dá)到微米量級(jí)，是目前市面上采用機(jī)械方法進(jìn)行測(cè)量的其他儀器(例如厚度儀)的數(shù)十倍。
[0013]本發(fā)明所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀及采用該教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法，模擬原子力顯微鏡的成像機(jī)理，在平面反射鏡2下方裝載特殊設(shè)計(jì)的可滑動(dòng)探針3，使得可滑動(dòng)探針3的端部與下方勻速運(yùn)動(dòng)的待測(cè)樣品接觸并產(chǎn)生滑動(dòng)，造成平面反射鏡2的位置改變，從而改變光路，進(jìn)而使得四象限探測(cè)器4接收面上的光斑位置發(fā)生改變，通過(guò)四象限探測(cè)器4測(cè)得的數(shù)據(jù)得到待測(cè)樣品的表面形貌，完成對(duì)待測(cè)樣品表面形貌的掃描及測(cè)量。
[0014]上述教學(xué)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且測(cè)量結(jié)果精確度高，非常適用于教學(xué)使用。
[0015]在上述教學(xué)儀的基礎(chǔ)上，可以完成對(duì)于四象限光電探測(cè)器的調(diào)試及信號(hào)采集實(shí)驗(yàn)、基于四象限光電探測(cè)器的激光準(zhǔn)直實(shí)驗(yàn)、基于四象限光電探測(cè)器的表面形貌測(cè)量實(shí)驗(yàn)以及原子力顯微鏡成像原理的模擬實(shí)驗(yàn)等等，可用于開(kāi)展光電子器件等光學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)及深入內(nèi)容的課堂教學(xué)演示。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為實(shí)施方式一所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為實(shí)施方式一所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀的原理示意圖；
[0018]圖3為實(shí)施方式三中四象限探測(cè)器4探測(cè)面上接收的光斑；
[0019]圖4為實(shí)施方式三中根據(jù)四象限探測(cè)器4輸出的電信號(hào)曲線(xiàn)，其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，7表不總光強(qiáng)，8表不X方向的光強(qiáng)，9表不Y方向的光強(qiáng)，光強(qiáng)反應(yīng)的是縱向位移；
[0020]圖5為實(shí)施方式四中四象限探測(cè)器4探測(cè)面上接收的光斑；
[0021]圖6為實(shí)施方式四中根據(jù)四象限探測(cè)器4輸出的電信號(hào)曲線(xiàn)，其中橫坐標(biāo)表示時(shí)間，縱坐標(biāo)表示縱向位移。
【具體實(shí)施方式】
[0022]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀包括激光器1、平面反射鏡2、可滑動(dòng)探針3和四象限探測(cè)器4;
[0023]可滑動(dòng)探針3呈豎直方向，平面反射鏡2固定在可滑動(dòng)探針3的頂部、且與可滑動(dòng)探針3垂直；
[0024]激光器1發(fā)出的激光經(jīng)平面反射鏡2反射后進(jìn)入四象限探測(cè)器4的探測(cè)面。
[0025]如圖1和圖2所示，激光器1輸出的激光沿直線(xiàn)入射至平面反射鏡2上，經(jīng)平面反射鏡2反射后的光信號(hào)由四象限探測(cè)器4接收、轉(zhuǎn)換與輸出，得出光點(diǎn)在四象限探測(cè)器4上的位置數(shù)據(jù)，最后通過(guò)對(duì)四象限探測(cè)器的輸出信號(hào)采集完成掃描圖樣的繪制。
[0026]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是對(duì)實(shí)施方式一所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀的進(jìn)一步限定，本實(shí)施方式中，所述的激光器1通過(guò)轉(zhuǎn)接模塊5安裝在支架6上。
[0027]如1所示，所述表面形貌測(cè)量教學(xué)儀可以包括多個(gè)轉(zhuǎn)接模塊5，激光器1通過(guò)多個(gè)轉(zhuǎn)接模塊5安裝在支架6上，多個(gè)轉(zhuǎn)接模塊5構(gòu)成具有高自由度的激光器夾持組件，可多維度調(diào)節(jié)激光器1的位置，滿(mǎn)足各項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)康摹?br>[0028]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖1、圖3和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式是采用實(shí)施方式一所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法，該方法為:
[0029]步驟一、開(kāi)啟激光器1和四象限探測(cè)器4，并調(diào)節(jié)激光器1的出光角度，使得四象限探測(cè)器4能夠接收到平面反射鏡2反射的光信號(hào)；
[0030]步驟二、在可滑動(dòng)探針3下方的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上放置待測(cè)樣品，并使可滑動(dòng)探針3的端部與待測(cè)樣品接觸；
[0031 ]步驟三、勻速移動(dòng)待測(cè)樣品，使待測(cè)樣品與可滑動(dòng)探針3產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，完成對(duì)待測(cè)物表面形貌的掃描；
[0032]步驟四、根據(jù)掃描結(jié)果獲得待測(cè)樣品的表面形貌。
[0033]將四象限探測(cè)器4的掃描數(shù)據(jù)可采用常規(guī)的數(shù)據(jù)處理手段，例如通過(guò)計(jì)算機(jī)等數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)進(jìn)行采集、處理、并給出測(cè)量結(jié)果。圖3所示為測(cè)量過(guò)程中四象限探測(cè)器4接收到的光斑圖像，四象限探測(cè)器4共輸出三條曲線(xiàn)，如圖3所示。沿Y方向移動(dòng)待測(cè)樣品掃描得到的圖像是曲線(xiàn)8。
[0034]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖1、圖5和圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式采用實(shí)施方式二所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀進(jìn)行激光準(zhǔn)直實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)激光器1，使激光器1發(fā)出的激光入射在四象限探測(cè)器4的接收面上，或者在激光器1與四象限探測(cè)器4之間設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)的反射鏡，調(diào)節(jié)該反射鏡，使反射光入射在四象限探測(cè)器4的接收面上。如果激光垂直入射至四象限探測(cè)器4的接收面上，則四象限探測(cè)器4接收到的光斑為一個(gè)點(diǎn)；如果激光斜入射至四象限探測(cè)器4的接收面上，則四象限探測(cè)器4接收到的光斑為橢圓，如圖5所示。調(diào)節(jié)激光入射方向時(shí)，四象限探測(cè)器4的輸出信號(hào)會(huì)發(fā)生波動(dòng)，如圖6所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.表面形貌測(cè)量教學(xué)儀，其特征在于，它包括激光器(1)、平面反射鏡(2)、可滑動(dòng)探針(3)和四象限探測(cè)器(4); 可滑動(dòng)探針(3)呈豎直方向，平面反射鏡(2)固定在可滑動(dòng)探針(3)的頂部、且與可滑動(dòng)探針(3)垂直； 激光器(1)發(fā)出的激光經(jīng)平面反射鏡(2)反射后進(jìn)入四象限探測(cè)器(4)的探測(cè)面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀，其特征在于，所述的激光器(1)通過(guò)轉(zhuǎn)接模塊(5)安裝在支架(6)上。3.采用權(quán)利要求1所述的表面形貌測(cè)量教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法，其特征在于，該方法為: 步驟一、開(kāi)啟激光器(1)和四象限探測(cè)器(4)，并調(diào)節(jié)激光器(1)的出光角度，使得四象限探測(cè)器(4)能夠接收到平面反射鏡(2)反射的光信號(hào)； 步驟二、在可滑動(dòng)探針(3)下方的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上放置待測(cè)樣品，并使可滑動(dòng)探針(3)的端部與待測(cè)樣品接觸； 步驟三、勻速移動(dòng)待測(cè)樣品，使待測(cè)樣品與可滑動(dòng)探針(3)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，完成對(duì)待測(cè)物表面形貌的掃描； 步驟四、根據(jù)掃描結(jié)果獲得待測(cè)樣品的表面形貌。
【專(zhuān)利摘要】表面形貌測(cè)量教學(xué)儀及采用該教學(xué)儀測(cè)量表面形貌的方法，涉及表面形貌測(cè)量技術(shù)。它為了解決現(xiàn)有測(cè)量物體形貌的工具精度低、以及功能單一，無(wú)法滿(mǎn)足教學(xué)過(guò)程中的多種實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題。該教學(xué)儀的可滑動(dòng)探針呈豎直方向，平面反射鏡固定在可滑動(dòng)探針的頂部、且與可滑動(dòng)探針垂直；激光器發(fā)出的激光經(jīng)平面反射鏡反射后進(jìn)入四象限探測(cè)器的探測(cè)面。在可滑動(dòng)探針下方放置待測(cè)樣品，并使可滑動(dòng)探針與待測(cè)樣品接觸；勻速移動(dòng)待測(cè)樣品，使可滑動(dòng)探針與待測(cè)樣品產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，完成掃描，根據(jù)掃描結(jié)果獲得待測(cè)樣品的表面形貌。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，且測(cè)量結(jié)果精確度高，可用于開(kāi)展光電子器件等光學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)及深入內(nèi)容的課堂教學(xué)演示。
【IPC分類(lèi)】G01B11/30
【公開(kāi)號(hào)】CN105423962
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510745422
【發(fā)明人】胡皓勝, 王藝橋, 單旭晨, 劉書(shū)鋼
【申請(qǐng)人】黑龍江大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月5日