近场扫描光学显微镜及其探针技术研究新进展

对近场扫描光学显微技术 (NSOM)研究与应用新进展作了概括介绍 ,较详细地阐述了NSOM的关键部件———探针技术的发展 ,并对NSOM的前景作了展望。

基于双压电陶瓷片的反射模式近场扫描光学显微镜

介绍了一种反射模式近场扫描光学显微镜。该系统以双压电陶瓷片作为控制光纤探针与待测样品之间距离的核心元件,以粘有光纤探针的双压电陶瓷片的第一个谐振频率来驱动光纤探针平行于样品表面振动,采用均方根检测电路测量振动信号的幅度,进而控制光纤探针与样品之间的距离在样品表面的近场范围之内。利用该系统获得了标定光栅和刻录光盘薄膜等样品表面的剪切力形貌图像和反射模式近场光学图像。

采用DDS的近场扫描光学显微镜探针-样品的纳米距离检测

近场扫描光学显微术中,近场距离的检测和控制是需要解决的核心技术之一 本文研究了基于DDS驱动的压电传感器,在一个压电陶瓷片上,电极被分成相同的两部分,分别用于振动驱动和振幅检测 近场扫描的光纤探针固定于此压电陶瓷片上 振动驱动信号采用DDS,在样品的远场时,可以通过频率扫描得到误差在0. 006Hz以内的压电陶瓷片谐振频率驱动信号,而当光纤探针处于样品的近场距离之内时,压电陶瓷片的谐振频率偏离驱动信号频率,振幅明显减小,从而检测出近场距离 高精度振动驱动源DDS和高灵敏度压电传感器的采用提高了检测灵敏度和工作稳定性。

近场扫描光学显微镜及其在生物学领域的应用

评述了近场扫描光学显微镜(near-field scanning optical microscopy,NSOM)的仪器构造、工作原理及其在生物学领域的应用成果。对NSOM目前存在的主要问题进行了讨论,并展望了NSOM在该领域的发展潜力。

近场扫描光学显微镜中一种新的切向力检测系统

在近场扫描光学显微镜（ＮＳＯＭ）［１］中，近场距离控制一般采用切向力控制法。检测切向力有两种方法：光学检测法和非光学检测法。目前普遍采用非光学检测法，基本上是采用压电陶瓷管控制探针和样品的距离。本文提出一种新的切向力检测系统，利用双压电片实现近场距离控制。实验结果表明，检测灵敏度大大提高，扫描力显微（ＳＦＭ）像的分辨率可达纳米量级。

剪切力模式近场扫描光学显微镜的恒幅反馈控制方法研究

剪切力模式近场扫描光学显微镜(Near-field Scanning Optical Microscopy,NSOM)的音叉探针间距控制系统中,用相位反馈控制和检测剪切力,同时采用比例+积分(PI)技术实现对音叉探针振幅的反馈控制,使探针振幅在扫描过程中保持为恒定值.用相位信号作为探针与样品间距控制信号,分别在无振幅反馈和有振幅反馈两种情况下,以不同速率扫描得到标准CD_RW光盘光栅的两组图像,并进行了比较分析.实验表明,恒振幅反馈电路的引入有助于提高探针系统的响应速度和灵敏度,改善所得图像的质量及分辨率.

模块化的保偏近场扫描光学显微镜结构设计

采用模块化的设计思想,制成了高质量且简单易用的音叉光纤探针模块、模块化的扫描探头、扫描台等,从而研制出高性能,易操作的模块化的保偏近场扫描光学显微镜。

散射型近场扫描光学显微镜的探针振动参数优化研究

基于原子力显微镜平台设计了可见.近红外波段的散射型近场扫描光学显微镜,通过理论模型计算和实验测量,分析了散射探针振动的调制振幅和扫描反馈幅值对近场信号的影响。研究表明:与探针针尖尺寸相近的调制振幅有利于抑制背景散射噪声及优化近场信号的信噪比;当探针扫描反馈幅值与自由空间调制振幅之比大于90%时,可基本消除探针扫描过程中非简谐振动对近场成像测量的影响。

采用全息光学图象处理技术提高扫描光学显微镜的鉴别率

本文叙述了两种新型的超高鉴别率显微镜，一种采用相干光成象，另一种采用非相干光成象。相干光显微镜的光学系统与扫描共焦显微镜的光学系统相类似，其中检波器小孔由志用全息掩膜，傅里叶透和一个小孔来代替。非相干光显微镜则采用两片变度透射腌膜，两个积分检波器和一个电子减法器。

基于过焦扫描光学显微镜的光学元件亚表面缺陷检测方法

微/纳米尺度亚表面缺陷会降低光学元件等透明样品的物理特性,严重影响光学及半导体领域加工制造技术的发展。为了快速、无损检测透明样品亚表面缺陷,本文针对光学元件亚表面内微米量级缺陷的检测需求,提出了一种基于过焦扫描光学显微镜(TSOM)的检测方法。利用可见光光源显微镜和精密位移台,沿光轴对亚表面缺陷进行扫描,得到亚表面缺陷的一系列光学图像。将采集到的图像按照空间位置进行堆叠,生成TSOM图像。通过获得所测特征的最大灰度值来获得亚表面缺陷的定位信息。提出方法对2000μm深亚表面缺陷的定位相对标准差达到0.12%。该研究为透明样品亚表面缺陷检测及其深度定位提供了一种新方法。

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。

扫描近场光学显微镜的光耦合偶极子模型

为了研究扫描近场光学显微镜中探针和粗糙样品表面的耦合相互作用,提出了一种光耦合偶极子模型.在该模型中,探针和样品突起都由光极化偶极子表示,在准静态电磁场近似的情况下样品表面的诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子辐射理论可以得到系统的自洽场方程.此模型提供了一种直观分析扫描近场光学显微镜中探针和样品相互作用机理的方法.在此基础上,进一步讨论了金属样品的近场成像特点和其特有的局域光学共振现象.数值结果表明不同于一般的介质样品,金属样品的近场图像与入射光频率直接相关,改变入射光的频率,获得的样品近场图像的形状和对比度都会发生变化.特别是当入射光频率处于样品极化共振范围内时,金属纳米粒子的极化率会出现光极化共振,这样就可以获得样品粒子的最大有效尺寸,为提高系统的分辨率提供了一条重要途径.

扫描近场光学显微镜及其在单分子探测中的应用

扫描近场光学显微镜在光学显微镜中具有独特的性能,其突破衍射光限制,具有单分子探测灵敏度,且在研究时不损伤生物样品。文中简要介绍了扫描近场光学显微镜的原理,详述近年来扫描近场光学显微镜在单分子探测中的应用,介绍了扫描近场光学显微镜结合量子点对单分子探测的进展,并对单分子探测的前景做了展望。

用扫描近场光学显微镜观察微畴

本文利用反射式扫描近场光学显微镜观察了硫酸三甘氨酸 [(NH3CH2 COOH) 3·H2 SO4 ) ](简称TGS)晶体的电畴结构和铝酸镧晶体的孪晶畴。横向分辨率约为 5 0nm。对原有的TopometrixAuroraNSOM系统作了较大的改进。采用音叉 (tuningfork)检测光纤探针与样品间的剪切力取代了原有的光学法振动检测。对TGS的观察说明 ,反射式扫描近场光学显微镜适合研究垂直B轴切割的TGS( 0 1 0 )面的自发极化。对这种 1 80°极化的多畴 ,可获得光学衬度较好的电畴分布图像。与形貌图像相比电畴与形貌无关。无论是新鲜解理的原子级光滑表面和表面水解的较为粗糙表面均可观察到分布较为均匀的电畴分布。采用探针发光的透射式和反射式观察铝酸镧晶体 。

偏振光调制的扫描近场光学显微镜应用

本文利用电光调制技术结合反射式扫描近场光学显微镜 ,获得了可以对光的偏振方向进行调制的针尖发光远场接收反射光的近场显微镜。对原有的TopometrixAuroraNSOM系统作了较大的改进。采用音叉 (tuningfork)检测光纤探针与样品间的剪切力取代了原有的光学法振动检测 ,避免了杂散光干扰。观察了 (Ba0 5Sr0 5)TiO3薄膜和LiTaO3晶体表面的电畴结构。横向分辨率约为 5 0nm。观察说明 ,反射式扫描近场光学显微镜适合研究固体表面的电畴结构 ,可获得光学衬度较好的电畴分布图像。

扫描切变力近场光学显微镜研制及应用

在发展光纤探针制备和探针与样品近场间距非光学控制等关键技术基础上 ,我们研制成能与倒置光学显微镜联合使用的扫描切变力 /近场光学显微镜 ,并具有反射和透射等工作模式以及能在溶液环境中工作。利用这套系统 ,获得了多种样品的表面形貌和近场光学图像以及细胞内的荧光光谱。

基于镜像法的扫描近场光学显微镜的分辨率分析

利用偶极子及镜像偶极子模型推导出探针扫描样品表面时的场分布,给出数值计算的扫描光强分布。引入光强对比强度概念,获得了该对比值随样品小球间距变化的曲线和该对比值随探针与样品距离变化的曲线。结果表明,当探针在一定高度上扫描时,近场光学显微镜系统存在最小分辨率,而该分辨率随着探针与样品的距离增加而降低。

扫描近场光学显微镜对细胞超微结构的研究

扫描近场光学显微镜(SNOM)突破了光学显微镜的衍射极限,在细胞研究中具有高灵敏性、无侵入性等优点,已经广泛的应用于生物学研究中。本文综述了SNOM在细胞膜、细胞器、细胞精细结构和单分子探测等领域的研究进展,介绍了扫描近场光学显微镜结合量子点的方法,并对其应用前景做了展望,对其面临困难做了概述。作为一种研究工具,SNOM在生物领域的应用还远远不足。

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究明海张国平陈晓刚杨宝谢建平吴云霞（中国科技大学物理系合肥２３００２６）扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）是通过光探头探测样品表面倏逝波的超高频信息，可以获得纳米量级的空间分辨率。通常的ＳＮＯＭ光纤探针只作为传输和探测光场...

用扫描近场光学显微镜观察铁电畴

本文利用电畴的双折射随电畴的自发极化的取向而异的特性，采用反射式扫描近场光学显微镜，观察了铁电单晶的畴结构。横向分辨率约为50nm。对原有的Topometrix Aurora NSOM系统作了较大的改进。采用音叉（tunning fork）检测光纤探针与样品间的剪切力，取代了原有的光学法振动检测。对硫酸三甘氨酸[NH3CH2COOH）3．H2SO4）]（简称TGS）的观察说明，反工扫描近场光学显微镜，适合研究垂直b轴切割的TGS（010）面的自发极化。对这种180极化的多畴，可获得光学衬度较好电畴分布图像。与形貌图像相比，发现电畴与形貌无关。无论是新鲜解理的原子级光滑表面和表面水解的较为粗糙表面均可观察到分布较为均匀的电畴分布。