表面形貌测量教学仪及采用该教学仪测量表面形貌的方法，涉及表面形貌测量技术。它为了解决现有测量物体形貌的工具精度低、以及功能单一，无法满足教学过程中的多种实验的问题。该教学仪的可滑动探针呈竖直方向，平面反射镜固定在可滑动探针的顶部、且与可滑动探针垂直；激光器发出的激光经平面反射镜反射后进入四象限探测器的探测面。在可滑动探针下方放置待测样品，并使可滑动探针与待测样品接触；匀速移动待测样品，使可滑动探针与待测样品产生相对滑动，完成扫描，根据扫描结果获得待测样品的表面形貌。本发明专利技术结构简单、成本低，且测量结果精确度高，可用于开展光电子器件等光学专业课程的基础及深入内容的课堂教学演示。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面形貌测量技术。
技术介绍
常用的测量表面形貌的工具为厚度仪，但其测量结果不够精确，并且厚度仪只能测量厚度，无法满足教学过程中的其他实验。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有测量物体形貌的工具精度低、以及功能单一，无法满足教学过程中的多种实验的问题，提供一种。本专利技术所述的表面形貌测量教学仪包括激光器1、平面反射镜2、可滑动探针3和四象限探测器4;可滑动探针3呈竖直方向，平面反射镜2固定在可滑动探针3的顶部、且与可滑动探针3垂直；激光器1发出的激光经平面反射镜2反射后进入四象限探测器4的探测面。采用上述表面形貌测量教学仪测量表面形貌的方法为:步骤一、开启激光器1和四象限探测器4，并调节激光器1的出光角度，使得四象限探测器4能够接收到平面反射镜2反射的光信号；步骤二、在可滑动探针3下方的实验平台上放置待测样品，并使可滑动探针3的端部与待测样品接触；步骤三、匀速移动待测样品，使待测样品与可滑动探针3产生相对滑动，完成对待测物表面形貌的扫描；步骤四、根据扫描结果获得待测样品的表面形貌。本专利技术所述的表面形貌测量教学仪，其光路呈“V”字形，能够提高测量精度，测量精度能够达到微米量级，是目前市面上采用机械方法进行测量的其他仪器(例如厚度仪)的数十倍。本专利技术所述的，模拟原子力显微镜的成像机理，在平面反射镜2下方装载特殊设计的可滑动探针3，使得可滑动探针3的端部与下方匀速运动的待测样品接触并产生滑动，造成平面反射镜2的位置改变，从而改变光路，进而使得四象限探测器4接收面上的光斑位置发生改变，通过四象限探测器4测得的数据得到待测样品的表面形貌，完成对待测样品表面形貌的扫描及测量。上述教学仪结构简单、成本低，且测量结果精确度高，非常适用于教学使用。在上述教学仪的基础上，可以完成对于四象限光电探测器的调试及信号采集实验、基于四象限光电探测器的激光准直实验、基于四象限光电探测器的表面形貌测量实验以及原子力显微镜成像原理的模拟实验等等，可用于开展光电子器件等光学专业课程的基础及深入内容的课堂教学演示。【附图说明】图1为实施方式一所述的表面形貌测量教学仪的结构示意图；图2为实施方式一所述的表面形貌测量教学仪的原理示意图；图3为实施方式三中四象限探测器4探测面上接收的光斑；图4为实施方式三中根据四象限探测器4输出的电信号曲线，其中横坐标表示时间，7表不总光强，8表不X方向的光强，9表不Y方向的光强，光强反应的是纵向位移；图5为实施方式四中四象限探测器4探测面上接收的光斑；图6为实施方式四中根据四象限探测器4输出的电信号曲线，其中横坐标表示时间，纵坐标表示纵向位移。【具体实施方式】【具体实施方式】一:结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的表面形貌测量教学仪包括激光器1、平面反射镜2、可滑动探针3和四象限探测器4;可滑动探针3呈竖直方向，平面反射镜2固定在可滑动探针3的顶部、且与可滑动探针3垂直；激光器1发出的激光经平面反射镜2反射后进入四象限探测器4的探测面。如图1和图2所示，激光器1输出的激光沿直线入射至平面反射镜2上，经平面反射镜2反射后的光信号由四象限探测器4接收、转换与输出，得出光点在四象限探测器4上的位置数据，最后通过对四象限探测器的输出信号采集完成扫描图样的绘制。【具体实施方式】二:结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的表面形貌测量教学仪的进一步限定，本实施方式中，所述的激光器1通过转接模块5安装在支架6上。如1所示，所述表面形貌测量教学仪可以包括多个转接模块5，激光器1通过多个转接模块5安装在支架6上，多个转接模块5构成具有高自由度的激光器夹持组件，可多维度调节激光器1的位置，满足各项试验目的。【具体实施方式】三:结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式是采用实施方式一所述的表面形貌测量教学仪测量表面形貌的方法，该方法为:步骤一、开启激光器1和四象限探测器4，并调节激光器1的出光角度，使得四象限探测器4能够接收到平面反射镜2反射的光信号；步骤二、在可滑动探针3下方的实验平台上放置待测样品，并使可滑动探针3的端部与待测样品接触；步骤三、匀速移动待测样品，使待测样品与可滑动探针3产生相对滑动，完成对待测物表面形貌的扫描；步骤四、根据扫描结果获得待测样品的表面形貌。将四象限探测器4的扫描数据可采用常规的数据处理手段，例如通过计算机等数据采集处理系统进行采集、处理、并给出测量结果。图3所示为测量过程中四象限探测器4接收到的光斑图像，四象限探测器4共输出三条曲线，如图3所示。沿Y方向移动待测样品扫描得到的图像是曲线8。【具体实施方式】四:结合图1、图5和图6说明本实施方式，本实施方式采用实施方式二所述的表面形貌测量教学仪进行激光准直实验，调节激光器1，使激光器1发出的激光入射在四象限探测器4的接收面上，或者在激光器1与四象限探测器4之间设置一个可调节的反射镜，调节该反射镜，使反射光入射在四象限探测器4的接收面上。如果激光垂直入射至四象限探测器4的接收面上，则四象限探测器4接收到的光斑为一个点；如果激光斜入射至四象限探测器4的接收面上，则四象限探测器4接收到的光斑为椭圆，如图5所示。调节激光入射方向时，四象限探测器4的输出信号会发生波动，如图6所示。【主权项】1.表面形貌测量教学仪，其特征在于，它包括激光器(1)、平面反射镜(2)、可滑动探针(3)和四象限探测器(4); 可滑动探针(3)呈竖直方向，平面反射镜(2)固定在可滑动探针(3)的顶部、且与可滑动探针(3)垂直； 激光器(1)发出的激光经平面反射镜(2)反射后进入四象限探测器(4)的探测面。2.根据权利要求1所述的表面形貌测量教学仪，其特征在于，所述的激光器(1)通过转接模块(5)安装在支架(6)上。3.采用权利要求1所述的表面形貌测量教学仪测量表面形貌的方法，其特征在于，该方法为: 步骤一、开启激光器(1)和四象限探测器(4)，并调节激光器(1)的出光角度，使得四象限探测器(4)能够接收到平面反射镜(2)反射的光信号； 步骤二、在可滑动探针(3)下方的实验平台上放置待测样品，并使可滑动探针(3)的端部与待测样品接触； 步骤三、匀速移动待测样品，使待测样品与可滑动探针(3)产生相对滑动，完成对待测物表面形貌的扫描； 步骤四、根据扫描结果获得待测样品的表面形貌。【专利摘要】，涉及表面形貌测量技术。它为了解决现有测量物体形貌的工具精度低、以及功能单一，无法满足教学过程中的多种实验的问题。该教学仪的可滑动探针呈竖直方向，平面反射镜固定在可滑动探针的顶部、且与可滑动探针垂直；激光器发出的激光经平面反射镜反射后进入四象限探测器的探测面。在可滑动探针下方放置待测样品，并使可滑动探针与待测样品接触；匀速移动待测样品，使可滑动探针与待测样品产生相对滑动，完成扫描，根据扫描结果获得待测样品的表面形貌。本专利技术结构简单、成本低，且测量结果精确度高，可用于开展光电子器件等光学专业课程的基础及深入内容的课堂教学演示。【IPC分类】G01B11/30【公开号】CN105423962【申请号】CN201510745422【专利技术人】胡皓胜, 王艺桥, 单旭晨, 刘书钢 【申请人】黑龙江大学【公开日】2016年3月23日【申请日】2本文档来自技高网...
【技术保护点】
表面形貌测量教学仪，其特征在于，它包括激光器(1)、平面反射镜(2)、可滑动探针(3)和四象限探测器(4)；可滑动探针(3)呈竖直方向，平面反射镜(2)固定在可滑动探针(3)的顶部、且与可滑动探针(3)垂直；激光器(1)发出的激光经平面反射镜(2)反射后进入四象限探测器(4)的探测面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡皓胜，王艺桥，单旭晨，刘书钢，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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