[發(fā)明專利]一種納米光學(xué)多參數(shù)測量平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210316462.5
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102829961A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王佳;王慶艷;張明倩;武曉宇
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01N21/25;G01B11/24
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 韓國勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于近場光學(xué)顯微鏡的納米光學(xué)材料和納米光子學(xué)器件的多參數(shù)測量平臺。

背景技術(shù)

納米光子學(xué)的研究近年來已經(jīng)迅速成為國際上的前沿和熱點(diǎn)，其目標(biāo)是在納米尺度上操縱和控制光子，實(shí)現(xiàn)對光波和光場的調(diào)控，發(fā)展體積更小、速度更快、效率更高、信號更強(qiáng)的光學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)集成光子回路，為下一代信息技術(shù)提供更為強(qiáng)大的物理理論基礎(chǔ)和制作技術(shù)基礎(chǔ)。納米光子學(xué)器件利用光學(xué)近場作為信號載體，通過納米尺度的材料和結(jié)構(gòu)與光學(xué)近場之間的局域電磁相互作用實(shí)現(xiàn)各種功能，具有傳統(tǒng)電子學(xué)器件所無法比擬的優(yōu)勢和特點(diǎn)。在納米光子學(xué)器件中，光子晶體、表面等離激元器件、光學(xué)超穎材料(Metamaterial)器件和光學(xué)負(fù)折射率材料等研究是最為活躍的幾個(gè)領(lǐng)域。深刻理解和透徹認(rèn)識這些器件和材料中的納米光場尤其是光學(xué)隱失場（evanescent?field）的特性及其與物質(zhì)相互作用的物理機(jī)制，是推動這些領(lǐng)域研究進(jìn)展的關(guān)鍵。

對納米光子學(xué)器件的研究需要建立在對其納米光場的多種物理參數(shù)進(jìn)行定量測量的基礎(chǔ)上。近場光學(xué)方法和技術(shù)為此提供了強(qiáng)有力的工具。掃描近場光學(xué)顯微鏡(Scanning?Near-field?Optical?Microscope,SNOM)是近場光學(xué)研究的典型設(shè)備，能夠探測到束縛在物體表面的攜帶高于2/λ空間頻率的非輻射場分量，即隱失場分量，并通過掃描獲得超衍射極限分辨率的光學(xué)成像，其空間分辨率能達(dá)到幾十納米甚至更高的水平。掃描近場光學(xué)顯微鏡現(xiàn)已成為微納尺度下光學(xué)研究的重要技術(shù)手段，現(xiàn)在已經(jīng)有較為成熟的商業(yè)產(chǎn)品（如以色列Nanonics、俄羅斯NT-MDT、德國Witec等）。然而目前的商用SNOM系統(tǒng)所配備的激發(fā)光路普遍存在靈活性不夠、可調(diào)參數(shù)尤其是入射角度極其有限的問題，而所配備的樣品臺也往往體積較大、開放性小、樣品調(diào)節(jié)自由度少。激發(fā)光路和樣品調(diào)節(jié)的單一性極大地限制了納米光子學(xué)器件和材料的光學(xué)激發(fā)和光學(xué)特性測量。

發(fā)明內(nèi)容

（一）要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何提供一種納米光子多參數(shù)測量平臺，以實(shí)現(xiàn)在納米光子學(xué)器件的指定區(qū)域內(nèi)激發(fā)波長可變、入射角度可調(diào)、偏振狀態(tài)可控的光激勵(lì)。

（二）技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種納米光子多參數(shù)測量平臺，包括多參數(shù)可變激發(fā)系統(tǒng)、樣品位置方向微調(diào)單元、顯微觀測對準(zhǔn)系統(tǒng)、掃描近場光學(xué)顯微鏡探測系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)，所述樣品位置方向微調(diào)單元用于安裝待測樣品，所述多參數(shù)可變激發(fā)系統(tǒng)為待測樣品提供照明激發(fā)光源信號，所述顯微觀測對準(zhǔn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)待測樣品的成像區(qū)域并采集待測樣品的圖像信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，所述掃描近場光學(xué)顯微鏡探測系統(tǒng)采集待測樣品的光學(xué)近場信息并發(fā)送給計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)將光學(xué)近場信息進(jìn)行處理后顯示。

其中，所述多參數(shù)可變照明激發(fā)系統(tǒng)在激發(fā)光光路方向上依次設(shè)有：照明激發(fā)光源、光源整形單元、偏振狀態(tài)控制單元和入射角控制單元，所述照明激發(fā)光源發(fā)出的光首先經(jīng)光源整形單元后成為準(zhǔn)直平行光束，再經(jīng)過偏振狀態(tài)控制單元成為具有特定偏振狀態(tài)的平行光束，繼而經(jīng)過入射角控制單元，以特定的入射角度入射到待測樣品上。

其中，所述照明激發(fā)光源為白光光源、激光二極管或激光器。

其中，所述光源整形單元在激發(fā)光光路方向上依次設(shè)有光束擴(kuò)束器、光束準(zhǔn)直器、空間濾波器和光束轉(zhuǎn)折器。

其中，所述入射角控制單元包括反射鏡、一維電動平移臺和電動旋轉(zhuǎn)臺，所述反射鏡固定在電動旋轉(zhuǎn)臺上，所述電動旋轉(zhuǎn)臺通過支架固定在一維電動平移臺上。

其中，所述樣品位置方向微調(diào)單元包括樣品臺、樣品微動平移臺和樣品微動轉(zhuǎn)臺，所述樣品微動平移臺嵌入樣品臺的中部，所述樣品微動轉(zhuǎn)臺固定在樣品微動平移臺上，將待測樣品固定在樣品微動轉(zhuǎn)臺上。

其中，所述樣品位置方向微調(diào)單元還包括隱失場耦合激發(fā)單元，所述隱失場耦合激發(fā)單元安裝在所述樣品微動平移臺上。

其中，所述隱失場耦合激發(fā)單元包括棱鏡、棱鏡固定架和折射率匹配油，所述棱鏡固定架安裝在所述樣品微動平移臺上，所述棱鏡安裝在棱鏡固定架中，制備有待測樣品的基底并置于所述棱鏡的表面，并在所述基底和棱鏡二者之間滴入折射率匹配油。

其中，所述顯微觀測對準(zhǔn)系統(tǒng)包括可調(diào)反射鏡、變倍顯微鏡筒、軸向調(diào)焦和二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及CCD攝像頭，所述軸向調(diào)焦和二維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的底部固定在樣品臺上，其上部用于固定變倍顯微鏡筒，所述可調(diào)反射鏡安裝在樣品臺上并位于變倍顯微鏡筒的下方，所述CCD攝像頭固定在變倍顯微鏡筒的上方并與所述計(jì)算機(jī)連接。