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2012-11-29
掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNOM——ScanningNear－fieldOeticalMicr0SCOPP）是依據(jù)近場探測原理發(fā)展起來的一種光學(xué)掃描探針顯微（SPM）技術(shù)。其分辨率突破光學(xué)衍射極限，達(dá)到10～．200。m。在技術(shù)應(yīng)用上．SNOM為單分子探測，生物結(jié)構(gòu)、納米微結(jié)構(gòu)的研究，半導(dǎo)體外陷分析及zui子結(jié)構(gòu)研究等多個(gè)領(lǐng)域提供了一種有力的工具；在物理上．它將量子光學(xué)、波導(dǎo)光學(xué)、介視物理等多個(gè)學(xué)科在一起，并由此開辟了一個(gè)新的光學(xué)研究領(lǐng)域—一近場光學(xué)（Near－fie山OptiCS）o一、SNOM發(fā)展歷史和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀按照AbbeL’‘原理，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率受到光學(xué)衍射極限的限制，即：ne＝＝＝一式中，人為照明光波長，，i和O分別為物方空間折射率和半角孔徑。
８０年代以來，隨著科學(xué)技術(shù)向小尺度與低維空間的推進(jìn)以及掃描探針顯微技術(shù)的發(fā)展，在光學(xué)領(lǐng)域中出現(xiàn)了一個(gè)新學(xué)科一一近場光學(xué)。近場光學(xué)是指光探測器及探測器與樣品間距均小于輻射波長條件下的光學(xué)現(xiàn)象；而近場光學(xué)顯微鏡是基于近場光學(xué)理論的一種新型超高空間分辨率光學(xué)儀器。１９８４年，近場光學(xué)顯微鏡的原型“光學(xué)聽診器”的發(fā)明，標(biāo)志著人類*次突破了光學(xué)顯微鏡的衍射極限分辨率。自１９９２年用單模光纖做成光學(xué)探針以及利用切變力進(jìn)行探針針尖至樣品表面距離測控后，近場光學(xué)顯微鏡開始被作為一種用于觀察和研究亞波長物體的外觀形貌和內(nèi)在性質(zhì)的新型光學(xué)儀器。在此后的短短幾年內(nèi)，在納米和介觀尺度上，它被廣泛應(yīng)用到物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)和信息等領(lǐng)域。
近場光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用：
由于近場光學(xué)顯微鏡能克服傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡低分辨率以及掃描電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡對(duì)生物樣品產(chǎn)生損傷等缺點(diǎn)，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用，特別是在生物醫(yī)學(xué)以及納米材料和微電子學(xué)等領(lǐng)域。
掃描近場光學(xué)顯微鏡（SNIM）是SNOM的一個(gè)分支，是SNOM技術(shù)在紅外領(lǐng)域的應(yīng)用。為獲取高分辨信息，用于定位、掃描、近場探測的微探針是SNIM中非常關(guān)鍵的部分。微探針的形式很多，大致分為兩類：小孔探針和無孔探針，而小孔探針往往是光纖探針。當(dāng)光纖探針至被測樣品的距離一定時(shí)，光纖探針的通光小孔大小和針尖的錐角形狀，決定了SNIM的分辨率、靈敏度及傳輸效率。但是把紅外光纖制成用于SNIM和微探針是比較困難的事。和可見光波段的光纖探針制備相比，一方面適合于中紅外波段（2.5~25mm）的光纖種類太少；另一方面，現(xiàn)有的紅外光纖都比較脆，延展性和柔軟性很差，而且化學(xué)性質(zhì)不理想。為降低光衰減，制成高質(zhì)量紅外光纖探針是比較困難的事。
國外一些研究SNIM的機(jī)構(gòu)在探頭方面采用了其他方式的光探針，如日本的Kawata等發(fā)展的球狀棱鏡探針，德國的Fischer等研制的四面體探針，以及zui近KNOLL等利用半導(dǎo)體（如硅）聚合物制成的無孔散射探針等。上述微探針的方案對(duì)于我們來說是不太可能的，因?yàn)橐蟮闹谱鞴に囁胶芨撸枰獙ｉT的設(shè)備，又由于我們的SNIM設(shè)計(jì)選擇了反射模式，zui終采用了光纖探針的方案。
在微探針研制過程中，要考慮兩個(gè)方面的問題：一方面，必須使光探針的通光小孔盡可能小，另一方面，要使通過通光小孔的光流量盡可能的大，以得到高的信噪比。對(duì)于光纖探針，針部的直徑愈小分辨率愈高，但是通光率將變小。同時(shí)要求探針錐尖部分越短越好，因?yàn)殄F尖越長，光傳播通過一個(gè)小于其波長的波導(dǎo)也就越遠(yuǎn)，這樣光衰減就越大。所以，光纖探針制作中所追求的目標(biāo)是得到一種針部尺寸小和錐尖部分短的針尖。