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。     

光子扫描隧道显微镜研究

光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）是电子扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）的光学模拟，它对样品的光学特性特别敏感，且大大突破了传统光学显微镜的衍射极限的限制，是扫描探针显微镜家族中新出现的一个成员，我们自行设计开发了一套ＰＳＴＭ实验系统，研究了其纵向扫描特性，观察了二维干涉光场及其它实际样品。实验表明该实验室系统的扫描面积达１２×１２ｕｍ￣２，纵向分辨率达λ／１００，横向分辨率有待进一步鉴定，从已观察的样品分析不低于０．１ｕｍ。     

基于STM的多模式扫描探针显微镜的建立

在已有的扫描隧道显微镜（STM）基础上设计了一套集STM、 光子扫描隧道显微镜（PSTM）、近场扫描光学显微镜（NSOM）、扫描近场声学显微镜（SNAM）为一体的多模式扫描探针显微系统（SPM）。系统的4种模式可通过转换开关方便地切 换,探头的更换也很容易。利用本系统对典型样品进行了扫描成像。测试表明,系统具有良好的稳定性和超高分辨率。     

高空间分辨率和高光谱分辨率的近场扫描光学显微术

光学显微术的应用通常受到可见光波长赋予的标准分辨率极限的限制,近场扫描光学显微镜(NSOM)可以超越这一极限。与常规光学显微术相比,近场扫描光学显微术的空间分辨率获得极大提高。Guest等人报道了这一领域的重大进展,提出一种将近场扫描光学显微术的高空间分辨率与相干非线性光谱学的高光谱分辨率相结合的新技术。     

大范围高分辨扫描隧道显微镜的研究

八十年代初问世的扫描隧道显微镜Scanning Tunneling Micrdscope(简称STM)是一种新型表面观测仪器。在三维空间都达到原子分辨率,对样品无任何破坏性以及可在超高真空、大气甚至液体中工作等独特优点使其在短短几年里得到了飞速发展并获得了广泛应用。。为进一步提高STM性能,扩大应用领域,本文将讨论一种大范围高分辨扫描隧道显微镜。分辨率和扫描范围是衡量STM性能的两个主要技术指标。目前绝大多数具有原子分辨率的STM,最大扫描范围局限在1微米左右,主要用于原子或纳米尺度下观察结构均匀的材料表面。但是,实际应用中存在的以下几个问题显露了现有STM扫描范围小的不足以及研制大范围高分辨STM的必要。第一、     

SNOM的光纤探针制备及扫描电镜观察

扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）是一种新型超高分辨率光学显微镜。它既具有光学显微镜可在自然状态下观察样品，获得物体的光学信息，且对样品无任何损伤的优点，又由于采用了近场光学探测原理及技术，使得分辨率不受衍射极限的限制，从而实现光学显微镜的超高分辨率。目...     

一种纳米分辨率近场光学显微镜：光子扫描隧道显微镜

报导了我们研制的一台光子扫描隧道显微镜。论述了原理，结构，光纤探针制造，信号放大以及调试中解决的几个技术问题等。图像的横向分辨率优于１０ｎｍ，纵向分辨率约１ｎｍ，扫描范围１０μｍ×１０μｍ。还观察了云母、高密度聚乙烯ＨＤＰＥ高取向薄膜等透明材料以及铌酸锂（ＬｉＮｂＯ３＋Ｔｉ）波导的电光效应等     

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。本文将对该系统和有关实验结果作简要介绍。     

扫描力显微镜中的点衍射干涉现象及其应用

本文论述了扫描力显微镜中的点衍射干涉现象,论证了硅微探针可以作为后向点衍射板并用于检测微探针变位的光学原理。根据这一原理设计了一种新型灵巧的扫描力显微镜,它具有量争孤抗干扰稳定优质的光电信号,理论分析及实时表明,该扫描力显微镜具有０．０１ｎｍ的纵向分辨率,５ｎｍ左右的横向分辨率。     

SNOM和PSTM中对聚氯乙烯小球成像的比较

本文利用时域有限差分(FDTD)法,对聚氯乙烯(PVC)小球在透射式扫描近场光学显微镜(T-SNOM)和光子扫描隧道显微镜(PSTM)两种系统中的光场分布进行数值模拟比较.结果显示:SNOM中,激励为P偏振平面波时能较好地反映样品边沿的跳变,但X方向上干涉效应会对特定位置的样品成像起到强度调制作用;PSTM中,样品的近场强度分布能明显地反映样品形貌,但样品在X方向入射波的调制以及样品之间的反射波、散射波的干涉作用使得成像较为复杂.     

近场光学中成象衬度机制的研究

本文从理论上研究了收集式近场光学显微镜中的成角衬度问题。采用三维时域有限差分法计算了光学近场区域亚波长尺度的电磁场分布。计算表明;利用ｐ偏振光成象可以得到样品的形貌衬度,而利用ｓ偏振光成象可以得到样品形貌的边缘象。该结果为近场光学显同镜中的图像解释及新仪器的开发提供了理论依据。     

Light propagation studies on laser modified waveguides usingscanning near-field optical microscopy

By means of direct laser writing on Al, a new method to locally modify optical waveguides is proposed. This technique has been applied to silicon nitride waveguides, allowing modifications of the optical propagation along the guide. To study the formed structures, a scanning near-field optical microscope (SNOM) has been used. The laser modifications locally changes the optical properties of the waveguide. The change in the effective refractive index is attributed to a TE to TM mode conversion. Thus, the laser modification might be a new way to fabricate optical mode converters     

扫描近场光学显微镜测量量子点团簇超辐射

用扫描近场光学显微镜的针尖照明模式对ZnSe量子点团簇进行精确定位测量,研究了量子点团簇的超辐射效应。在理论上根据Wannier激子超辐射模型阐述了量子点系统的超辐射发光机制;实验上用荧光光谱表征ZnSe量子点溶液的荧光性质,用扫描近场光学显微镜(SNOM)表征单个量子点团簇的超辐射光谱。结果表明,在Wannier激子超辐射模型中,量子点团簇辐射衰变率受到量子点团簇的大小和辐射光谱的共同影响,在实验上得出团簇的辐射衰变率随团簇尺寸的增加而增大,同时,不同尺寸的量子点团簇产生的辐射光谱也会对其产生影响,理论和实验的结合验证了激子超辐射的适用性。此研究结果可广泛用于生物传感器和光子器件等领域。     

Simultaneous collection of topographic and fluorescent images of barley chromosomes by scanning near-field optical/atomic force microscopy

The present study investigated the applicability of scanning near-field optical/atomic force microscopy (SNOM/AFM) to observations of YOYO-1 stained barley chromosomes. Using this technique, topographic and fluorescent images in the same portion were obtained simultaneously, thus enabling the precise analysis of fluorescent structures in relation to the morphology of chromosomes. In YOYO-1 stained chromosomes, the fluorescent intensity roughly reflected the local amount and/or density of DNA in chromosomes. R-banding of chromosomes stained with YOYO-1 and methyl green was also observed clearly as bright spots of various sizes by this microscope. Thus, the SNOM/AFM is expected to become a useful tool for analysing the structure and function of chromosomes more precisely than before.     

Nanoscale modification of phase change materials with near-field light

Scanning near-field optical microscope (SNOM) was applied to the formation of ultrasmall phase change domains to investigate the feasibility of ultrahigh density data storage. Phase change domains ranging 60 – 100 nm in diameter, which is far beyond the diffraction limit, could be successfully written in amorphous GeSbTe recording film by point heating with pulsed laser light (λ=785 nm, 7 mW, 0.5 ms) through the optical fiber probe whose aperture size was nearly 50 – 100 nm. The detected power in observation of these recorded domains is 10² – 10³ times as high as that in magneto-optical observation. It indicates that phase change recording with SNOM has a potential to achieve ultrahigh density data storage (more than 100 Gb/in²) with high signal detection efficiency.     

银膜表面周期性条纹导致的沟槽等离激元增强效应

沟槽等离激元是一种电磁振荡,它束缚于刻在金属表面截面为单个波长尺度的沟槽里,并沿着沟槽传播.沟槽等离激元由于其低传播损耗及可控的传播方向,在集成光路上有潜在的应用,因而受到人们的关注.本文作者在银膜表面刻沟槽,并在沟槽两侧加上周期性结构,并研究了这种周期性结构对沟槽等离激元的耦合和传播的影响.通过扫描近场光学显微镜观察,发现相对于没有周期性结构的沟槽,有周期性结构的情况下,传播于沟槽中的沟槽等离激元强度增强.同时还利用有限时域差分方法计算模拟了相应的过程.模拟结果与实验相符,证明了确实是由于周期性结构导致了沟槽等离激元的增强效应.     

近场光学显微镜及其应用

近场光学显微镜是一种新型超高空间分辨率的光学仪器，它在很多领域都有广泛应用。本文描述了近场光学显微镜的成像原理及结构部件，简要介绍了近场光学显微镜在高分辨率光学成像、高密度储存存储以及近场光谱等领域中的应用。     

扫描近场圆偏振光学显微镜

提出一种利用镀有金属薄膜的V形无孔光学探针构建的扫描近场光学显微镜,将圆偏振光注入镀有金属薄膜的V形槽内在针尖处形成近场照射光源,并利用探针收集样品表面近场光信号。理论分析表明:探针收集的近场和远场反射光之间存在一定的相位差,该相位差与探针机械结构、探针与样品的距离有关,可通过探针与样品之间的距离加以控制,因此利用偏振性器件可有效抑制远场光强。实验中,探针与样品之间的距离通过范德华力回馈控制,探针操作在接触模式,实验结果显示所测近场与远场光相位相差57,近场光学图像横向分辨率优于12 nm。     

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象.通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30 meV的红移量.利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生.有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象.这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义.     

具有高品质因数的剪切力扫描近场光学显微镜在液体中的生物成像

基于剪切力的探针-试样间距控制扫描近场光学显微镜用于生物材料在液体中的成像比在空气中难得多。液体的黏性阻尼和软的试样表面要求更高的力检测灵敏度。最近我们试验成功的压电双晶片剪切力检测器结合力反馈技术，可以大幅度提高双晶片的机械谐振品质因数，从而改善在粘滞液体中力检测灵敏度。当双晶片在它的某一本征频率下被激励，通过调节一个适当的反馈力，它的机械谐振品质因数在水中可以从40增强到10^3，因此成像灵敏度获得显著改善。上述力检测技术被用于一些生物试样在液体环境下的拓扑和近场光学成像。所得到的力、相位和光学图像显示了高的成像质量和分辨率。实验结果证明上述装置尤其适宜于近场光学显微镜在生物领域的应用。