STM针尖增强光谱获取装置及其获取方法

摘要

本发明提供一种STM针尖增强光谱获取装置及其获取方法，其中的方法包括：S1、通过水平移动测试样品，同时激光器发出脉冲激光聚焦于测试样品的表面，形成圆形或椭圆形光斑；S2、通过驱动信号驱动针尖压电位移台带动STM针尖垂直于光斑的中心做阶跃式位移运动，同时触发倍频器输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发光谱仪；S3、通过光谱仪采集一个运动周期内STM针尖位于最低点和最高点时在测试样品表面诱发的光谱信号；S4、通过信号采集系统对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于多个差减光谱进行线性叠加，获得去除背景信号的光谱。本发明能够消除背景光信号，实现增强光信号的提取。

权利要求

1.一种STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，包括激光器、STM针尖、针尖压电位移台、样品台、光谱仪、倍频器和信号处理系统；其中，所述样品台用于承载测试样品并带动所述测试样品沿水平方向移动；

所述激光器用于发出脉冲激光并聚焦于所述测试样品表面形成光斑；

STM针尖垂直于所述测试样品表面并指向所述光斑的中心；

所述针尖压电位移台用于在驱动信号的驱动下，带动所述STM针尖垂直于所述测试样品表面做阶跃式位移运动；

所述倍频器用于在所述驱动信号的触发下，输出二倍频的脉冲信号至所述光谱仪，使所述驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发所述光谱仪；

所述光谱仪用于采集一个运动周期内所述STM针尖位于最低点和最高点时在所述测试样品表面诱发的光谱信号；其中，所述STM针尖位于运动周期内的最低点时，在所述测试样品表面激发出增强光信号；

所述信号处理系统用于对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于所述测试样品同一位置的多个差减光谱进行线性叠加，获得增强光谱。

2.根据权利要求1所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内的最低点位置相距所述测试样品表面0.1～1nm，所述STM针尖在运动周期内的最高点位置相距所述测试样品表面3～100nm。

3.根据权利要求1或2所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于所述光谱仪的采集时间。

4.根据权利要求3所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖的运动频率为10Hz～500Hz。

5.根据权利要求3所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间为3～10ms。

6.根据权利要求1所述的STM针尖增强光谱获取装置，其特征在于，驱动所述针尖压电位移台的波形为方波或梯形波。

7.一种STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、通过样品台带动测试样品沿水平方向移动，同时激光器发出脉冲激光聚焦于所述测试样品的表面，形成圆形或椭圆形光斑；

S2、通过驱动信号驱动针尖压电位移台带动STM针尖垂直于所述光斑的中心做阶跃式位移运动，同时触发倍频器输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使所述驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发所述光谱仪；

S3、通过光谱仪采集一个运动周期内所述STM针尖位于最低点和最高点时在所述测试样品表面诱发的光谱信号；

S4、通过信号采集系统对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于多个差减光谱进行线性叠加，获得去除背景信号的光谱。

8.如权利要求7所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，所述STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于所述光谱仪的采集时间；以及，所述STM针尖在运动周期内的最低点位置相距所述测试样品表面0.1～1nm，所述STM针尖在运动周期内的最高点位置相距所述测试样品表面3～100nm。

9.根据权利要求7所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，以所述STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱作为背景，以所述STM针尖在运动周期内的最低点位置获得的光谱作为响应，通过差减算法，去除背景光信号。

10.根据权利要求9所述的STM针尖增强光谱获取方法，其特征在于，预先测定N组所述STM针尖在运动周期内的最高点位置时所诱发的光谱信号，通过对N组光谱信号的统计分布和加权平均处理，确定背景光谱基准和均方偏差，根据该背景光谱基准和均方偏差对每次所述STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱信号进行甄别，在光谱信号偏离所述背景光谱基准超过均方偏差1倍时，作为无效光谱；其中，5＜N＜10。

说明书

STM针尖增强光谱获取装置及其获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及原子量级分辨光谱成像技术领域，特别涉及一种基于STM针尖周期位移的增强光谱获取装置及其获取方法。

背景技术

[0002] 扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope，简称STM)可以实现原子量级的材料电子分布探测，获得了超级的原子尺度空间分辨能力，它为理解和掌握单分子、纳米
结构和低维材料提供了有用信息，为认识纳米尺度电子态和量子化效应提供强有力的手
段。STM探针的针尖一般采用贵金属材质，而且具有极小的曲率半径，在激光的诱导下，可以
局域化被测材料表面的等离子被，在被测材料表面产生针尖增强的荧光和拉曼散射，这为
获得原子尺度分辨的拉曼散射或荧光提供了基础，但由于原子尺度的空间产生的荧光或拉
曼散射信号往往被掩灭在周围大尺度的平均信号里，难以分辨出来，所以提取出纳米尺度
范围的光信号尤为关键。

[0003] 由于衍射极限的局限，光学信号的空间分辨长期不能突破，直到如受激发射淬灭加径向光场等新技术的兴起，突破了光学衍射极限，才实现了超分辨的荧光显微。基于光信
息来直接观察纳米甚至亚纳米尺度的分子原子空间信息，对更深刻地理解微观尺度上的原
子或分子行为是极其重要的。光的发射或散射除了强度信息之外，还可以提供能量分布、动
量和动态的相位等可以掌握材料中的原子分子在实现器件功能化时的空间特征。近几年
来，纳腔概念和探针技术也被引入到荧光和光散射成像领域，纳腔概念与探针技术相结合
的设计，大大提高了光信号(拉曼与荧光)在纳米微观区域的增强效果，观察到了分子水平
的空间结构拉曼图像，其设计思路是将单个分子被水平放置在金属面上，当探针在分子附
近扫描时，探针的针尖与金属面之间会产生一个亚纳米尺度的局域增强电场，若位于分子
中某些原子团的上方，局域的增强电场和针尖/分子间电荷转移会数个数量级地加大振动
模式的拉曼散射信号或偶极耦合的荧光，而在耦合原子团之间的某些位置上方，由于与针
尖的距离变化，场增强拉曼会衰减，从而产生信号对比度，获得分子尺度的空间分布拉曼散
射图像或分子上的荧光图像。

[0004] 到目前为止，基于STM针尖增强光的空间扫描成像，针尖增强拉曼和荧光信号都是直接提取光信号，并未彻底地消除光散射或荧光背景，即针尖增强光信号和背景光信号(如
针尖下材料周围的部分也会被激发激光束辐照，产生光的散射或发射荧光)混合被收集系
统捕获，转换成电信号。而且针尖增强光(包括光散射和光发射)空间扫描成像，都是采用针
尖平扫模式，利用被探测物的原子分布空间结构差异造成光信号变化直接做衬度对比，实
现空间图像。这样的设计无法提高针尖增强光那部分光信号的信噪比，所以现在的技术测
试的对象或者现在被报道出来的研究工作只能针对单类的分子，而且被放置在能消除背景
的衬底上，如在金膜上再外延上一层NaCl薄层，这样来消除金等离子体效应的荧光背景。如
果面对的是有光散射或荧光背景的材料体系，如半导体膜的点缺陷区域的荧光或拉曼，现
有技术完全无法有效的提取针尖增强光信号，因为半导体材料本身的光发射和光散射很
‑8
强，由于针尖有效作用面积下的原子团数量与激光束斑所辐照面下的原子团数量比在10
以上，针尖增强光信号部分会大幅度受到这一激光辐照面的背景影响。所以对于某些研究
对象，这是一个不可避免的问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出了一种STM针尖增强光谱获取装置及其获取方法，利用STM针尖在测试样品表面的上方做阶跃式位移运动，采集一个运动周
期内位于最高点和最低点在测试样品表面诱发的光谱信号，通过差减处理，消除测试样品
的背景光信号，实现针尖增强光信号的获取，获得原子量级光响应模式的空间图像。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

[0007] 本发明提供的STM针尖增强光谱获取装置，包括激光器、STM针尖、针尖压电位移台、样品台、光谱仪、倍频器和信号处理系统；其中，

[0008] 样品台用于承载测试样品并带动测试样品沿水平方向移动；

[0009] 激光器用于发出脉冲激光并聚焦于测试样品表面形成光斑；

[0010] STM针尖垂直于测试样品表面并指向光斑的中心；

[0011] 针尖压电位移台用于在驱动信号的驱动下，带动STM针尖垂直于测试样品表面做阶跃式位移运动；

[0012] 倍频器用于在驱动信号的触发下，输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使驱动信号在上升沿和下降沿分别同步触发光谱仪；

[0013] 光谱仪用于采集一个运动周期内STM针尖位于最低点和最高点时在测试样品表面诱发的光谱信号；其中，STM针尖位于运动周期内的最低点时，在测试样品表面激发出增强
光信号；

[0014] 信号处理系统用于对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于测试样品同一位置的多个差减光谱进行线性叠加，获得增强光谱。

[0015] 优选地，STM针尖在运动周期内的最低点位置相距测试样品表面0.1～1nm，STM针尖在运动周期内的最高点位置相距测试样品表面3～100nm。

[0016] 优选地，STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于光谱仪的采集时间。

[0017] 优选地，STM针尖的运动频率为10Hz～500Hz。

[0018] 优选地，STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间为3～10ms。

[0019] 优选地，驱动针尖压电位移台的波形为方波或梯形波。

[0020] 本发明提供的STM针尖增强光谱获取方法，包括如下步骤：

[0021] S1、通过样品台带动测试样品沿水平方向移动，同时激光器发出脉冲激光聚焦于测试样品的表面，形成圆形或椭圆形光斑；

[0022] S2、通过驱动信号驱动针尖压电位移台带动STM针尖垂直于光斑的中心做阶跃式位移运动，同时触发倍频器输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使驱动信号在上升沿和下降
沿分别同步触发光谱仪；

[0023] S3、通过光谱仪采集一个运动周期内STM针尖位于最低点和最高点时在测试样品表面诱发的光谱信号；

[0024] S4、通过信号采集系统对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于多个差减光谱进行线性叠加，获得去除背景信号的光谱。

[0025] 优选地，STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于光谱仪的采集时间；以及，STM针尖在运动周期内的最低点位置相距测试样品表面0.1～
1nm，STM针尖在运动周期内的最高点位置相距测试样品表面3～100nm。

[0026] 优选地，以STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱作为背景，以STM针尖在运动周期内的最低点位置获得的光谱作为响应，通过差减算法，去除背景光信号。

[0027] 优选地，预先测定N组STM针尖在运动周期内的最高点位置时所诱发的光谱信号，通过对N组光谱信号的统计分布和加权平均处理，确定背景光谱基准和均方偏差，根据该背
景光谱基准和均方偏差对每次STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱信号进行甄
别，在光谱信号偏离背景光谱基准超过均方偏差1倍时，作为无效光谱；其中，5＜N＜10。

[0028] 本发明能够取得以下技术效果：

[0029] 1、利用针尖的阶跃式位移运动，分别在最高点和最低点处采集诱导的光谱信号，通过对最高点处的光谱信号与最低点处的光谱信号进行差减处理，去除背景光信号，提取
出增强光信号。

[0030] 2、通过对测试样品每个位置进行多次差减光谱，再进行线性叠加，从而提高增强光信号的信噪比。

[0031] 3、在针尖位移的最高点和最低点获取光谱，可以减少由于针尖位置随机带来的噪声，避免因离散点的相位和距离波动引起的信号浮动产生的系统噪音，提高增强光信号的
可靠性。

附图说明

[0032] 图1是根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取装置的结构示意图；

[0033] 图2是根据本发明一个实施例的针尖压电位移台的驱动电压输出波形示意图；

[0034] 图3是根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取方法的第一流程示意图；

[0035] 图4是根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取方法的第二流程示意图。

[0036] 其中的附图标记包括：激光器1、STM针尖2、针尖压电位移台3、光谱仪4、CCD探测器41、倍频器5、测试样品6。

具体实施方式

[0037] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重
复其详细描述。

[0038] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发
明，而不构成对本发明的限制。

[0039] STM针尖与光场耦合会增强针尖近场下的材料光散射和光发射强度，理论上预测针尖金属表面局域等离子体效应诱导材料拉曼散射强度增强六到八个数量级，这样就为单
分子拉曼和荧光探测或材料单个点缺陷振动模式的拉曼光谱探测提供了条件。但在光激发
条件下，由于光衍射极限的限制，激发光(不论是激光还是常规光源)在辐照材料上作用的
光斑尺度，不论是面上还是纵深，都是与波长等量级大小。而在实际设备中能采用的光学设
计要求，特别是STM系统空间限制和针尖运动与观测要求，光汇聚和信号收集系统的透镜与
材料测试点之间的距离不能太近，一般设备此距离要大于10mm，这样透镜的数值孔径就不
能太大，进而激发光斑的实际尺寸就是波长的数倍乃至十倍以上。被光激发的材料区域内
原子数量与针尖有效作用面积下的原子数量比，有六到七个数量级的差距。被光激发的材
料区域产生的光散射与荧光就是一个巨大的背景光信号，若针尖增强光的光谱与周围区域
的光谱在能量上不交叠，增强光信号的提取还算便利，但在实际情况中，特别是测试带有基
体的材料时，往往针尖增强光的光谱与周围区域的光谱在能量分布上是交叠的。这一交叠
对信号观测的影响就如同在远处拿放大镜观测山上的树木，极难获得细节和准确的信息，
必须爬到山上树木的近旁，用放大镜观察，才能抹掉山的背景，看清具体细节。

[0040] 本发明基于这一思路，驱动STM针尖在测试样品表面上方的一定高度范围内做竖直方向的上下定高的周期运动，保证在最低点诱导足够倍增量级的增强光信号，通过采集
STM针尖在运动周期最高点和最低点处激光激发诱导出的光谱信号做差减处理，以去除激
光激发诱导的材料本征光发射与光散射，即消除背景光信号，提取出STM针尖在最低点处诱
导的增强光信号，获得原子量级光响应模式空间图像。

[0041] 以下将结合附图对本发明的实施例的具体方案进行详细描述。

[0042] 图1示出了根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取装置的结构。

[0043] 如图1所示，本发明实施例提供的STM针尖增强光谱获取装置，包括：激光器1、STM针尖2、针尖压电位移台3、光谱仪4、倍频器5、样品台和信号处理系统。

[0044] 样品台实际为一个二维移动平台，用于承载测试样品6，并带动测试样品6沿水平方向进行X轴方向和Y轴方向的移动，实现二维空间成像。因二维移动平台为现有技术，故在
此不再赘述。

[0045] 激光器1用于发出脉冲激光并聚焦于测试样品6表面形成圆形或椭圆形光斑。激光器1的波长选择在可见光波段与近红外波段，激光的输出模式为稳态或高脉冲重复频率(>
1MHz)。

[0046] STM针尖2为金属针尖，其位于测试样品6表面的上方且垂直于测试样品6表面，并指向激光器1发出的脉冲激光在测试样品6表面形成的光斑的中心位置。

[0047] 针尖压电位移台3用于驱动STM针尖2垂直于测试样品6表面做周期位移运动。当STM针尖2处于一个运动周期内的最低点时(即STM针尖2距离测试样品6表面最近的位置)，
在测试样品6表面诱导出增强光信号；当STM针尖2处于一个运动周期内的最高点时(即STM
针尖2距离测试样品6表面最远的位置)，降低STM针尖2在测试样品6表面的光增强效果。STM
针尖2的周期位移运动实际为垂直于测试样品6表面以固定频率执行的阶跃式位移运动。

[0048] 由此可知，本发明实施例通过针尖压电位移台3驱动STM针尖2垂直于测试样品6表面做阶跃式位移运动，是为了保证在阶跃式位移运动的最低点位置能诱导足够倍增量级的
增强光信号，在最高点位置既能消除STM针尖2在测试样品6表面的增强效果又要保证机械
高频次位移的可靠性和与STM装置的适配(包括驱动响应的带宽，功耗与热效应等)。

[0049] 由于STM针尖2增强的分子荧光强度随STM针尖2与分子间距离的增加成指数衰减，在5nm的变化范围，针尖荧光强度衰减了将近7个数量级。基于实验数据与理论分析，考虑到
不同的针尖曲率半径和测试材料的介电特性的差异导致增强效果演化的变化，为优化消减
背景效果和系统响应，本发明将STM针尖2的阶跃式位移运动的最高点位置设定在距离测试
样品6表面上方3～100nm的范围内，最低点位置为STM图像扫描的最优点，大约在测试样品6
表面上方0.1nm～1nm的距离。

[0050] 在STM针尖2垂直于测试样品6表面向上位移时，会导致STM针尖2的增强效果衰减，若将STM针尖2的最高点位置设置过低，小于3nm时，由STM针尖2移动引起的荧光或光散射强
度的差异会叠代上激光诱导的背景荧光和光散射波动噪音，从而导致信噪比较低，不足以
提取到准确可靠和清晰的信号；而若将STM针尖2的最高点位置设置过高，大于100nm时，针
尖往复运动的驱动器和系统响应带宽要求和保证针尖移动线型的难度都会大幅提高，会增
加不必要的控制风险。所以本发明将STM针尖2的最高点位置的范围控制在距离测试样品6
表面上方的3～100nm。

[0051] 在本发明中，针尖压电位移台3的上下位移的重复频率不低于10Hz，优化选择在200Hz，若信号够强，高重复频率可选择500Hz。针尖压电位移台3的重复频率并不高，控制在
低频主要是为了获得高准确和可靠的光谱信号。

[0052] 光谱仪4用于当STM针尖2运动至最低点位置和最高点位置时，采集STM针尖2在最低点处和最高点处所激发的光谱信号。光谱仪4的光谱采集与分析采用配有窄带edge或
‑1
notch滤波片的CCD探测器光谱仪，光谱仪4的光谱分辨率要高于5cm ，光谱仪4的响应波长
‑1
范围应覆盖激光波长，并扩展到激光波长两侧或长波侧4000cm 以外。CCD探测器41还可以
为用CMOS探测器代替。

[0053] 由于STM针尖2位移的变化对STM针尖2增强的光信号产生很强的关联性，所以CCD探测器41快门开启时随机的STM针尖2位移位置是不可取的，而且光谱仪的摄谱过程具有门
控时间、CCD读取时间、死时间等时间序列，才能完成一个光谱信号的采集，在这一过程中的
某些时段上，位移的运动是会带来很大的波动噪音，这就需要STM针尖2在某个位置保持不
动来完成一个光谱信号的采集。本发明采用梯形波或方波的时序驱动电压/电流来调制STM
针尖2的运动，使STM针尖2在最低点位置和最高点位置的保持时间大于CCD探测器41的采集
时间。为了降低CCD探测器41的背底噪音信号强度，CCD探测器41的采集时间不宜过小，CCD
探测器41的采集时间通常为1‑3ms。这样针尖压电位移台3驱动电压的调制周期控制在
500Hz以内，同时通过位移驱动调制器触发一个同步的倍频器5，产生一个二倍频的脉冲信
号来触发光谱仪4和CCD探测器41门控开启，倍频器5的相位与光谱仪4门控脉冲的相位锁定
并且可优化调节，达到响应信号最大，同时抑制噪音背景强度。

[0054] 由于STM针尖2做阶跃式位移运动，因此针尖压电位移台3的驱动信号必须为电压/电流随时间变化的阶跃式。如图2所示，针尖压电位移台3的驱动信号为梯形波或方波。

[0055] 在本发明的一个具体实施例中，STM针尖2在最高点和最低点的保持时间在3～10ms，以保证光谱仪4的CCD探测器41完成光谱的采集。通过倍频器5实现针尖压电位移台3
的驱动信号的上升沿和下降沿与CCD探测器41的快门触发同步，上升沿和下降沿的占时间
比不高于5％。

[0056] 信号处理系统用于对每个运动周期内光谱仪4采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，如此重复对测试样品6的同一位置进行采集，获得多组差减光谱，对多组差
减光谱进行线性叠加，获得增强光谱。

[0057] 上述内容详细说明了本发明提供的STM针尖增强光谱获取装置的结构及其工作原理。与上述STM针尖增强光谱获取装置相对应，本发明还提供一种利用STM针尖增强光谱装
置获取增强光谱的方法。

[0058] 图3示出了根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取方法的第一流程。

[0059] 如图3所示，本发明实施例提供的STM针尖增强光谱获取方法，包括如下步骤：

[0060] S1、通过样品台带动测试样品沿水平方向移动，同时激光器发出脉冲激光，使其聚焦于测试样品的表面，形成圆形或椭圆形光斑。

[0061] S2、通过驱动信号驱动针尖压电位移台带动STM针尖垂直于光斑的中心做阶跃式位移运动，同时触发倍频器输出二倍频的脉冲信号至光谱仪，使驱动信号在上升沿和下降
沿分别同步触发光谱仪。

[0062] 当STM针尖运动至最低点时，在测试样品的表面诱导出增强光信号。

[0063] S3、通过光谱仪采集一个运动周期内STM针尖位于最低点和最高点时在测试样品表面诱发的光谱信号。

[0064] 为了保证光谱仪完成光谱的采集，STM针尖在运动周期内最低点位置和最高点位置时的保持时间分别大于光谱仪的采集时间，完成STM针尖在最低点处和最高点处的光谱
采集。

[0065] S4、通过信号采集系统对每个运动周期内采集的两个光谱信号做差减处理，获得差减光谱，并基于多个差减光谱进行线性叠加，获得去除背景信号的光谱；其中，5＜N＜10。

[0066] 以STM针尖在最高点位置获得的光谱作为背景，以STM针尖在运动周期内的最低点位置获得的光谱作为响应，将最高点获得的光谱与最低点获得的光谱做差减算法，去除背
景光信号。

[0067] 在获得最高点位置的光谱时，需要对其进行甄别，判断其是否符合条件。具体过程为：预先测定N组STM针尖在运动周期内的最高点位置时所诱发的光谱信号，通过对N组光谱
信号的统计分布和加权平均处理，确定背景光谱基准和均方偏差，根据该背景光谱基准和
均方偏差对每次STM针尖在运动周期内的最高点位置获得的光谱信号进行甄别，在光谱信
号偏离背景光谱基准超过均方偏差1倍时，作为无效光谱。

[0068] 图4示出了根据本发明一个实施例的STM针尖增强光谱获取方法的第二流程。

[0069] 如图4所示，本发明实施例提供的STM针尖增强光谱获取方法，包括如下步骤：

[0070] S1`、STM针尖移动至测试样品表面，优化隧道电流的针尖位置。

[0071] S2`、调节激光汇聚的光斑，与STM针尖交叠。

[0072] S3`、STM针尖上移，确定背景光谱基准和均方偏差。

[0073] 在激光与STM系统稳定后，将针尖移离样品表面，先测定5‑10个高点处的光谱，通过统计分布和加权平均处理得到背景光谱基准和均方偏差。依此背景光谱基准，来甄别每
次STM针尖位移到最高点时获得的光谱是否为可用光谱。

[0074] S4`、驱动针尖压电位移台控制STM针尖上移至最高点位置，通过光谱仪采集光谱。

[0075] S5`、甄别光谱的偏离背景光谱基准是否超过均方偏差，如果超过，执行步骤S4`，如果未超过，则执行步骤6`。

[0076] 在获得背景光谱基准和均方偏差后，正常测试STM针尖位移到最高点时获得的光谱，若该光谱偏离背景光谱基准超过均方偏差1倍时，此光谱作为无效数据，从而消减环境、
激光束诱导本底与激光波动的影响。

[0077] S6`、驱动针尖压电位移台控制STM针尖下移至最低点位置，通过光谱仪采集光谱。

[0078] 在STM针尖下移至最低点位置时，能够诱导出测试样品表面的增强光信号。

[0079] S7`、确定差减光谱，存储光谱数据。

[0080] 在每一个运动周期内都获得一组光谱信号，以最高点处获得的光谱为背景，最低点处获得的光谱作为响应，通过差减算法，扣除激光辐照诱导的本底光散射或荧光。

[0081] S8`、判断存储的光谱数据是否达到设定值，如果达到，进行步骤S9`，如果未达到，则执行步骤S4`。

[0082] S9`、对多组光谱数据叠加，获得增强光谱。

[0083] 在测试样品的每一个扫描单点处，重复获得差减光谱10‑50条，通过对这10‑50条的光谱甄别，选出不低于10条符合条件的光谱做叠加处理，从而消除环境、激光束诱导本底
与激光波动的影响。根据光谱信噪比特性，每个测试点重复叠代的光谱组数可以在5‑50次
之间进行选择优化。

[0084] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技
术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。

[0085] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述
实施例进行变化、修改、替换和变型。

[0086] 以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范
围内。