[發明專利]基于激光誘導瞬態小孔探針的超分辨光學成像方法

在審

• 申請號: 201610142825.6
• 申請日: 2016-03-14
• 公開（公告）號: CN105607277A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 丁晨良;魏勁松
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/58
• 分類號: G02B27/58
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明涉及光學成像方法，基于激光誘導瞬態小孔探針的超分辨光學成像方法。

背景技術

隨著社會不斷發展，科學技術不斷進步，用光學方法來實現納米級無損傷成像 已經成為各個領域迫切的需求。然而，由于光學系統存在極限，也就是說，在光學 掃描成像系統中，掃描光斑不能縮到無限小，其存在一個極小值，我們稱此極小值 為“光學衍射極限”。1873年，德國科學家阿貝(Abbe)根據衍射理論首次推導出 衍射分辨極限，后來瑞利(Rayleigh)將阿貝衍射理論歸納為一個公式：

r~0.61λNA---(1)]]>

其中r表示最小分辨距離，λ表示激光波長，NA表示系統的數值孔徑大小，NA值 的大小由系統所決定。所以在掃描光學顯微系統中，如果想要減小掃描光斑的尺寸， 根據公式(1)就能發現其具有兩個途徑，一是采用波長更短的激光光源來成像，二 是采用數值孔徑更高的系統來實現成像。然而，過于短的波長會對樣品產生傷害， 系統的數值孔徑最大值也只是能接近1.5。

材料的非線性效應指的是強光作用下由于介質的非線性極化而產生的效應。主 要包括非線性吸收與非線性折射，即當一束截面光強不均勻的強激光透過非線性材 料時，其截面上不同光強的部分處，非線性材料對這些部分的吸收系數與折射率不 同，吸收系數和折射率的大小與材料所處部分的光強大小有關。并且不同的非線性 材料對激光存在飽和吸收和反飽和吸收之分，即一部分非線性材料的吸收系數隨著 光強的增大而減小，而另一部分非線性材料的吸收系數隨著光強的增大而增大。

激光基于產生的原理，其出射的光束在橫截面上光的強度呈高斯分布，也就是 說越靠近中心的光強越強，越遠離中心的光強越弱，當激光光束在光學系統中縮小 到衍射極限時，其橫截面的光強分布還是呈高斯分布。這就提供一種可能，讓處于 極限值大小的聚焦光斑再透過一層非線性薄膜，此非線性薄膜對光越強的部分吸收 越小，對光越弱的部分吸收越強，從而當聚焦光斑通過此薄膜以后，其有效半徑進 一步減小，誘導出比衍射極限大小更小的瞬態小孔探針，然后對樣品進行掃描，超 分辨光學成像。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于激光誘導瞬態小孔探針的超分辨光學成像方法。 掃描顯微鏡成像系統當中，讓聚焦光束透過一層非線性薄膜材料，例如Sb非線性薄 膜，并將蓋玻片的有膜面緊挨著樣品表面，然后對樣品進行掃描成像。利用非線性 材料的特性，其光斑截面中心區域與邊上區域的透過率不同，產生中間透過率高兩 邊透過率低的現象，從而使透過光斑有限半徑變窄，在非線性材料內部誘導產生瞬 態小孔探針，實現超分辨遠場光學成像。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種基于激光誘導瞬態小孔探針的超分辨光學成像方法，其特點在于，該方法 包括以下步驟：

a)在蓋玻片上用磁控濺射的方法鍍上一層非線性材料薄膜；

b)將上述鍍完薄膜的蓋玻片緊貼于待測樣品表面，且有膜面緊挨著樣品；

c)在掃描顯微鏡系統中對樣品進行掃描成像。

另一種方案是：

一種基于激光誘導瞬態小孔探針的超分辨光學成像方法，該方法包括以下步驟：

a)在樣品上用磁控濺射的方法鍍上一層非線性材料薄膜；

b)在掃描顯微鏡系統中對樣品進行掃描成像。

所述的步驟a)中的非線性材料是Sb、Te、Sb₂Te₃、Sb₇₀Te₃₀、InSb、Ge₂Sb₂Te₅、 或AgInSbTe材料。

所述的步驟a)中的非線性材料的薄膜厚度在20nm到100nm之間。

所述的步驟c)中的掃描顯微系統采用的光波長為405nm或者658nm。