光学显微术的进展.PDF

第25 卷第1 期 山西大同大学学报( 自然科学版) Vol.25.No.1 2009 年2 月 Journal of Shanxi Datong University(Natural Science) Feb.2009 光学显微术的进展 姜 凯 (山西大同大学工学院, 山西大同037003) 摘 要：介绍了近场光学显微术的发展及扫描近场光学显微镜, 展望近场光学技术的发展, 探讨了近场光学显 微术目前存在的一些问题和需要解决的问题. 关键词：近场光学 扫描近场光学显微镜 倏逝波 中图分类号: O432.2 文献标识码: A 文章编号:1674-0874(2009)01-0066-03 光学显微术作为一种高效的分析方法, 能够获 近场的结构较复杂, 包含辐射场(传播场)和非辐射 得诸如吸收、荧光、相差、偏振等多种光学对比度, 场 (倏逝波场), 其中非辐射场仅限于物体表面一个 并且几乎在任何环境条件(如空气、液体、真空、及 波长以内, 且强度随着离开物体表面距离的增加而 较宽的温度范围)下都适用. 因此在生物活体成像, 迅速衰减. 另一个是从近场区域至无穷远处, 称为 半导体器件的谱分析, 高密度信息存储, 大规模集 远场区域. 在远场区域中, 只存在辐射场, 不存在非 成电路等近代科学与技术领域有着非常广泛的应 辐射场. 常规的光学仪器主要用于探测远场. 用. 随着科学技术向小尺度逐渐推进, 对空间分辨 1.2 近场光学显微镜 率的要求越来越高. 然而, 对于传统的光学显微镜, 近场光学显微镜是以近场光学显微术为基础 光的衍射效应限制了其进一步提高分辨率的可能 设计出来的, 它由探针、信号传输元件、扫描控制、 性. 近场光学是随着科学技术向小尺度和低维空间 信号处理和信号反馈等系统组成. 推进在光学领域中所出现的一个新型交叉学科, 研 扫描近场光学显微镜使得光学分辨本领由入 究对象是距离物体表面一个波长以内的光学现象. 射波长的一半提高到波长的几十分之一, 即纳米尺 1982 年, 瑞士苏黎士IBM 的宾尼和罗雷尔制成了 度. 与传统光学显微镜相比, 近场光学显微镜最大 世界上第一台扫描隧道显微镜(STM), 极大地提高了 的区别在于: (1) 以纳米级的光学探针代替了传统光 观测灵敏度, 比传统电子显微镜提高了两个数量级. 学显微镜的镜头; (2)在探测过程中探针被控制在样 在被应用到光学领域时, 快速的推动了扫描近场光 品表面一个波长以内的近场区域, 而样品表面的近 学显微镜(SNOM) 的诞生和发展. 1984 年瑞士苏黎 场区域存在携带物体表面精细结构的非辐射场. 所 士IBM 研究中心用金属镀膜的石英晶体尖端制成 以, 处于近场区域内的探针可探测到亚微米级的光 的纳米尺寸光孔作为探针制成了世界上第一台近 学信息, 突破了瑞利衍射极限的限制. 在理论上,其 场光学显微镜, 同时美国康乃尔大学用微毛细管拉 分辨率是无限大的. 但是由于技术上探针不能做的 成的极细光孔为探针制成了近场光学显微镜. 从此, 无限小, 探针也不能无限接近样品, 所以在实际应 近场光学显微镜走向成熟, 并广泛应用于各种微观 用上, 分辨率还是有限的. 这也就提出了近场光学 [1,2] 现象观测领域 . 显微镜最为关键的两个问题: (1)纳米级探针的制作. 因为利用探针尖端收集光场信息, 探针尖越细, 探 1 近场光学显微术