成像二维薄膜振动模式的方法及装置开发
发布时间：2021-06-14 06:21
自石墨烯被发现之后,二维材料因其优异的性质带来了很多新的研究热点,其中就包括基于悬浮二维材料的纳米机械系统。悬浮二维薄膜质量极小,因而能在极微小的力的驱动下振动。对二维薄膜的振动的探测能定量成像其振动模式。识别薄膜的振动模式,将使测量驱动薄膜振动的力成为可能。光学方法是探测二维薄膜振动常用的方法之一。激光垂直入射向基底时,反射光会和入射光耦合形成驻波,位于驻波电场中的二维薄膜的简谐振动会调制反射光光强。反射光光强的波动在频谱中表现为一个尖峰,而峰值取决于激光入射位置薄膜的振幅。因此,通过测量反射光光强频谱的峰值在薄膜所在平面内的分布可以成像薄膜的振动模式。我们搭建了扫描系统用于定量成像薄膜的振动模式,该扫描系统将通过使用微机械平台移动包含样品的整个真空腔来实现扫描测试。为了证明该装置的性能,我们进行了一维稳定性测试和二维扫描精度测试。测试结果表明,该装置能够承载真空腔的重量,具备亚微米级的移动步和超过50 μm的扫描行程,并且具有较高的扫描稳定性和精度。扫描系统的性能达到了预期的目标,满足成像二维薄膜振动模式的使用需求。基于扫描测试装置,我们介绍了一种用于测量聚焦激光束半径的新方法:通...
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２探测系统：（ａ）以光学探测方法研究高频二硫化钼纳米谐振器的光路示意图［ｌ９］；?（ｂ）探??究石墨烯纳米鼓振动模式的光路及装置示意图［１７］
ＰＤ）记录来自石墨烯和下方硅衬底的干扰反射，从??而完成干涉位移检测。他们以电动位移台为基础搭建了扫描平台，结合测量系统组成??了自动测试系统。他们通过测量得到石墨烯单个点的振动幅度与方向，并使用扫描平??台移动样品，测量石墨烯在各个位置的振动幅度与方向，从而得到石墨烯纳米鼓的振??动模式。??（旬?＾?■?Ｓｉ０２?■?ＳｉＮ，??ＷｋＷＫＫｔ?Ｔｉ／Ａｕ??一?一…＾＂ｈｍＪ＾１??予Ｗ楓５２?■於』?■．置．置．邐??ｉｆ?Ｉ??？＂?ｓ?＠?？??图１．３三个石墨烯谐振器串联的结构示意图：（ａ）样品的扫描电子显微镜图像［２３］；?（ｂ）样品结构??和测量装置示意图［２２］。悬浮石墨烯带与样品底部形成三个串联的石墨烯机械谐振器。通过中心谐??振器的一个接点施加调频的微波信号Ｖ？，锁相放大器在另一个接点探测在输入的调频信号的调??制频率处的混合电流丨ｒａｉｘ。谐振器的频率分别通过栅极上的直流电压进行调谐。任意波形发生器??ＣＡＷＧ）连接到门极ｇｌ处，为相千振荡提供突发信号。??２０１９年，中国科学技术大学量子信息重点实验室的郭国平教授课题组和加利福??尼亚大学默塞德分校自然科学学院（Ｓｃｈｏｏｌ?ｏｆ?Ｎａｔｕｒｅ?Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，??Ｍｅｒｃｅｄ，?Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）的Ｌｉｎ?Ｔｉａｎ等人设计了如图１．３所示的三个石墨烯谐振器串联的??结构，用于研究空间上分隔的石墨烯机械谐振器之间的相干声子动力学［２２］。他们通过??间接相互作用和高可协调性演示了机械模式之间的连贯动力学。??上述国内外研宄进展表明基于二维材料的纳米机械系统为很多前沿
成像二维薄膜振动模式的方法及装置开发?第二章薄膜振动的光学探测??第二章薄膜振动的光学探测??在基于悬浮二维薄膜的纳米机械系统中，二维薄膜的简谐振动会调制反射光光强??度，因此通过测量纳米机械系统反射激光功率的波动可以探测悬浮二维薄膜的振动模??式。本章节主要介绍悬浮二维薄膜振动模式的光学探测方法和光学测量系统。??２．１成像薄膜振动模式的方法??在利用基于悬浮二维材料的纳米机械系统研宄薄膜振动时，光学探测法是一种常??用的测量方法。基于悬浮二维材料的纳米机械系统的模型如图２．１（ａ）所示，在采用光??学方法进行研究时，其基底可以看成是一个非常理想的平面反射镜。当激光垂直入射??向基底时，反射激光和入射激光会耦合形成驻波，其驻波电场空间分布如图２．１（ｂ）所??不。??（ａ）?（ｂ）??ｍ??３００?４００??域麵距离［ｎｍ］??图２．１纳米机械系统的模型：（ａ）悬浮二维材料的纳米机械系统的模型；（ｂ）驻波电场分布示意??图。激光垂直入射到镜面状的基底表面，反射激光和入射激光耦合形成驻波。红色箭头表示入射??激光电场，黑色箭头表示反射激光电场，蓝色曲线为驻波的电场空间分布曲线。??当二维材料薄膜被放置在驻波电场中时，薄膜会吸收和反射部分光场能量。当二??维薄膜处于驻波电场的不同位置时，由于驻波电场振幅的不同，使得薄膜吸收的光场??能量的量发生改变。??因此当二维材料薄膜在驻波电场中振动时，由于薄膜在驻波电场中的位置的变化，??使得薄膜吸收光场能量的量发生改变，因此反射激光的光强会随之出现波动，如图２．２??所示。在入射光光强／ｉｎｃ不变时，反射光光强曲线／＾（ｔ）会随着悬浮二维薄膜的简谐??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Python语言的自动化测试系统的设计与实现[J]. 黄建军,李宥谋,刘婧,周欢. 现代电子技术. 2017(04)
[2]刀口法测量高斯光束光斑半径研究[J]. 杨晓冬,邵建新,廖生鸿,谭锦业,周杰,蒋跃文. 激光与红外. 2009(08)
[3]浅谈步进电机的基本原理[J]. 韩利虎. 内蒙古石油化工. 2007(11)
[4]步进电机的特点及应用[J]. 杨和平,周旋,童军. 黑龙江科技信息. 2007(02)
[5]VISA事件机制的设计与实现[J]. 杨晶菁,顾亚平,陈光礻禹. 中国测试技术. 2006(02)
[6]狭缝扫描法测量高斯光束光斑尺寸[J]. 孙定源. 物理实验. 1991(05)
[7]可编程仪器的标准指令（SCPI）[J]. 高建华. 电子测量技术. 1991(01)
硕士论文
[1]SCPI命令解释器设计[D]. 李海龙.合肥工业大学 2012
本文编号：3229247
【文章来源】：苏州大学江苏省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２探测系统：（ａ）以光学探测方法研究高频二硫化钼纳米谐振器的光路示意图［ｌ９］；?（ｂ）探??究石墨烯纳米鼓振动模式的光路及装置示意图［１７］
ＰＤ）记录来自石墨烯和下方硅衬底的干扰反射，从??而完成干涉位移检测。他们以电动位移台为基础搭建了扫描平台，结合测量系统组成??了自动测试系统。他们通过测量得到石墨烯单个点的振动幅度与方向，并使用扫描平??台移动样品，测量石墨烯在各个位置的振动幅度与方向，从而得到石墨烯纳米鼓的振??动模式。??（旬?＾?■?Ｓｉ０２?■?ＳｉＮ，??ＷｋＷＫＫｔ?Ｔｉ／Ａｕ??一?一…＾＂ｈｍＪ＾１??予Ｗ楓５２?■於』?■．置．置．邐??ｉｆ?Ｉ??？＂?ｓ?＠?？??图１．３三个石墨烯谐振器串联的结构示意图：（ａ）样品的扫描电子显微镜图像［２３］；?（ｂ）样品结构??和测量装置示意图［２２］。悬浮石墨烯带与样品底部形成三个串联的石墨烯机械谐振器。通过中心谐??振器的一个接点施加调频的微波信号Ｖ？，锁相放大器在另一个接点探测在输入的调频信号的调??制频率处的混合电流丨ｒａｉｘ。谐振器的频率分别通过栅极上的直流电压进行调谐。任意波形发生器??ＣＡＷＧ）连接到门极ｇｌ处，为相千振荡提供突发信号。??２０１９年，中国科学技术大学量子信息重点实验室的郭国平教授课题组和加利福??尼亚大学默塞德分校自然科学学院（Ｓｃｈｏｏｌ?ｏｆ?Ｎａｔｕｒｅ?Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，??Ｍｅｒｃｅｄ，?Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）的Ｌｉｎ?Ｔｉａｎ等人设计了如图１．３所示的三个石墨烯谐振器串联的??结构，用于研究空间上分隔的石墨烯机械谐振器之间的相干声子动力学［２２］。他们通过??间接相互作用和高可协调性演示了机械模式之间的连贯动力学。??上述国内外研宄进展表明基于二维材料的纳米机械系统为很多前沿
成像二维薄膜振动模式的方法及装置开发?第二章薄膜振动的光学探测??第二章薄膜振动的光学探测??在基于悬浮二维薄膜的纳米机械系统中，二维薄膜的简谐振动会调制反射光光强??度，因此通过测量纳米机械系统反射激光功率的波动可以探测悬浮二维薄膜的振动模??式。本章节主要介绍悬浮二维薄膜振动模式的光学探测方法和光学测量系统。??２．１成像薄膜振动模式的方法??在利用基于悬浮二维材料的纳米机械系统研宄薄膜振动时，光学探测法是一种常??用的测量方法。基于悬浮二维材料的纳米机械系统的模型如图２．１（ａ）所示，在采用光??学方法进行研究时，其基底可以看成是一个非常理想的平面反射镜。当激光垂直入射??向基底时，反射激光和入射激光会耦合形成驻波，其驻波电场空间分布如图２．１（ｂ）所??不。??（ａ）?（ｂ）??ｍ??３００?４００??域麵距离［ｎｍ］??图２．１纳米机械系统的模型：（ａ）悬浮二维材料的纳米机械系统的模型；（ｂ）驻波电场分布示意??图。激光垂直入射到镜面状的基底表面，反射激光和入射激光耦合形成驻波。红色箭头表示入射??激光电场，黑色箭头表示反射激光电场，蓝色曲线为驻波的电场空间分布曲线。??当二维材料薄膜被放置在驻波电场中时，薄膜会吸收和反射部分光场能量。当二??维薄膜处于驻波电场的不同位置时，由于驻波电场振幅的不同，使得薄膜吸收的光场??能量的量发生改变。??因此当二维材料薄膜在驻波电场中振动时，由于薄膜在驻波电场中的位置的变化，??使得薄膜吸收光场能量的量发生改变，因此反射激光的光强会随之出现波动，如图２．２??所示。在入射光光强／ｉｎｃ不变时，反射光光强曲线／＾（ｔ）会随着悬浮二维薄膜的简谐??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Python语言的自动化测试系统的设计与实现[J]. 黄建军,李宥谋,刘婧,周欢. 现代电子技术. 2017(04)
[2]刀口法测量高斯光束光斑半径研究[J]. 杨晓冬,邵建新,廖生鸿,谭锦业,周杰,蒋跃文. 激光与红外. 2009(08)
[3]浅谈步进电机的基本原理[J]. 韩利虎. 内蒙古石油化工. 2007(11)
[4]步进电机的特点及应用[J]. 杨和平,周旋,童军. 黑龙江科技信息. 2007(02)
[5]VISA事件机制的设计与实现[J]. 杨晶菁,顾亚平,陈光礻禹. 中国测试技术. 2006(02)
[6]狭缝扫描法测量高斯光束光斑尺寸[J]. 孙定源. 物理实验. 1991(05)
[7]可编程仪器的标准指令（SCPI）[J]. 高建华. 电子测量技术. 1991(01)
硕士论文
[1]SCPI命令解释器设计[D]. 李海龙.合肥工业大学 2012
本文编号：3229247
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