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近场光学显微技术及其应用

姓名：王学伟学号：20030414029

单位：物理电子工程学院专业：物理学

指导老师：张东玲职称：助教

摘要：本文在简述近场光学显微技术超分辨原理的根底上，以近场光学显微镜为例对近场光学显微技术进行了一定深度的探讨,介绍了近场光学显微镜的成像原理、构造部件，概述了光学探针的制作、探针样品间距的控制、近场光学显微镜的几种光路模式，以及近场光学显微技术在多个领域的应用。

关键词：近场光学显微技术；近场光学显微镜；光学探针

TechniqueandapplicationsofNear-fieldopticalmicroscopy

Abstract:Basedonthesimpleintroducingthesuper-resolutionprincipleofnear-fieldopticalmiscocrpytechnique.Thenear-fieldopticalmicocrp-ytechniqueinacertaindepthisdiscussedtakingnear-fieldscanningopticalmicorscope(NSOM)asanexeam.TheimagingprincipleandthestructurulcomponentsofNSOMaredescribed.Theprobe’makingtechnique,near-fieldcontrollingbetweenprobeandsampleandmodesofNSOMareintroducedindetail.Intheend,theapplicationsofnear-fieldsopticalmiscocrpytechniqueinmanyfieldsarealsosummarized.

Keywords:Near-fieldopticalmicroscopytechnique；Near-fieldscanningopticalmicroscope；Opticalbrobe

引言

传统光学显微镜是以光学透镜为主体，利用材料的折射率和光学透镜的曲率将物体放大成像。单个透镜能将物体放大几十倍，使用多个透镜组合可以放大到一两千倍。制造放大倍数更高的显微镜，观察更加精细的物体结构，是无数科学工作者梦寐以求的愿望，然而却遇到了技术上的难题：光的衍射效应阻碍了分辨率进一步提高的可能性。由于光波的衍射效应,传统光学显微镜的分辨率不能超过光波长的一半。这个规律是一个多世纪前由德国科学家阿贝(ErnstAbbe)根据衍射理论推导出来的,而后,瑞利(Rayleigh)归纳为一个常用公式。

瑞利判据:

其中r为两点间的距离，为入射光的波长，n为介质的折射率，为半角孔径。它规定了两点刚好能被分辨的距离，该量由成像系统参数决定，那么要提高分辨率只能通过以下三种途径[1]：〔1〕选取波长更短的波长〔紫外光、X射线、电子束〕。〔2〕选取折射率更高的材料做镜片。〔3〕增大显微镜的孔径角。

应该注意到瑞利判据是建立在传播波的假设下，如果能够探测非辐射场,就能躲避瑞利判据,而且完全突破衍射壁垒的限制。

80年代以来，随着科学技术向小尺度与低维空间的推进以及扫描探针显微技术的开展，在光学领域中出现了一个新学科——近场光学。近场光学是指光探测器及探测器与样品间距均小于辐射波长条件下的光学现象。近场光学显微技术是一种新型超高分辨率显微成像技术,是探针技术与光学显微技术相结合的产物,是近场光学中的一个重要组成局部。它突破了衍射极限的制约，使人类的视野由波长的一半，拓展到波长的几十分之一，即纳米尺度[2]。本文将以近场光学显微镜〔NSOMNear-fieldScanningOpticalMicroscope，或称SNOM)为例对