使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径<100nm,锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM,该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。使用锁相器解调自激振荡探针的频率,调整Z方向压电陶瓷的运动使得锁相器检测到的值维持恒定来跟踪样品的起伏。对外加激励模式和自激振荡模式进行了对比。理论分析表明,自激振荡方法减小了探针响应时间;测试试验显示,采用自激振荡模式AF/PSTM的带宽为50Hz,比外加振荡模式快一个数量级。采用改进后的仪器对光栅样品以1Hz的速度进行了扫描,扫描结果显示,采用自激振荡的方式得到的形貌和光学图像比外加激励模式更清晰,不仅响应时间更快,通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。

用于原子力与光子扫描隧道组合显微镜的浸油显微物镜

双功能原子力与光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)用π对称双光束照明方法来消除假象。为改进现有的AF/PSTM系统,提出新的照明系统方案,并设计了新方案中需要的高数值孔径的浸油显微物镜。根据具体的物镜系统参数要求,选择合适的初始结构,用ZEMAX光学设计软件对物镜进行设计、优化和像质评价,设计结果显示浸油物镜的数值孔径大约1.54,可以很好地满足照明系统的需要。

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光子扫描隧道显微镜(PSTM)的研究历程,为解决第一代(单光束照明)光子扫描隧道显微镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用π对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像(形貌与相位)和两幅光学图像(透过率和折射率),有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。