[發明專利]基于光纖探針的反射式偏振調制近場掃描光學顯微鏡系統

有效

• 申請號: 201610536804.2
• 申請日: 2016-07-08
• 公開（公告）號: CN107589278B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 李敬;孟祥敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G01Q60/18
• 分類號: G01Q60/18;G01Q70/16
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝;陳君智

本發明公開了一種基于光纖探針的反射式偏振調制近場掃描光學顯微鏡系統，主要包括以下特征：基于保偏光纖、多端口保偏光纖耦合器的組合應用，可以從光纖探針入射光信號，并從該探針獲得反射光信號，利用這種近場激發和近場收集的工作模式，實現了針對不透明樣品的反射式的掃描近場成像。光彈調制器與鎖相放大器聯用，實現了對所調制光信號的鎖相、放大，將鎖相放大器獲得到的相位信息輸入到系統控制器能夠進行偏振調制成像。本發明的優點在于，實現了不透明樣品的掃描近場成像和偏振調制成像，提高了成像的信噪比和偏振靈敏度。

技術領域

本發明涉及光學成像領域，特別是涉及一種基于光纖探針的反射式偏振調制近場掃描光學顯微鏡系統。

背景技術

隨著納米技術的迅猛發展，納米材料與器件的研究和應用越來越廣泛，特別是在微觀尺度上各向異性特性的研究于化學分子、晶體等材料的分析、應用十分重要。這就需要在微觀尺度下對其各向異性特性進行準確測量和評價。

目前商品化測量各向異性特性的儀器是偏振光顯微鏡，雖然可以在反射、透射模式下工作，獲得材料的各向異性特性；但是，由于普通光學顯微鏡難以突破衍射極限的限制，所得到的是材料在宏觀上、大尺寸面積內平均效應的結果，不能得到納米尺度上光學各向異性特性，這對納米材料各向異性特性的深入研究是一個巨大的瓶頸。掃描近場光學顯微鏡利用亞波長尺度的探針針尖在樣品表面掃描成像，可以突破傳統光學衍射極限的限制。掃描近場光學顯微鏡結合偏振調控技術可以實現亞波長分辨率空間上的光學各向異性特性的檢測，而且比偏振光顯微鏡相比，提高了成像的信噪比。

偏振調制掃描近場光學顯微鏡系統主要有以下幾種方案：

(1)基于近場激發和遠場收集的照明模式，偏振被調制的入射光耦合到光纖中，傳導到光纖探針中，經探針照射樣品并逐點、逐行掃描，通過物鏡收集透射的光信號，并耦合到探測器中進行成像。

(2)基于遠場激發和近場收集的收集模式，入射激光偏振被調制后，經過適當的光路耦合到物鏡，照射到樣品上，經光纖探針逐點、逐行掃描，并收集透射的光信號，傳到探測器中進行成像。

雖然這兩種模式都可以在納米尺度上對樣品進行各向異性特性進行成像，但他們普遍都存在一個共同的缺點，即只能實現對透明樣品或透明襯底上的樣品進行成像。

掃描近場光學顯微鏡在近場激發和遠場收集的反射工作模式下可以用于不透明襯底的近場成像，所采用的方式是在光纖探針掃描裝置的一側加裝側向收集的光路和探測器。但是，該光路需要簡化成透射、反射鏡組合，并與小型的探測器集成在一起，受空間的限制，無法在收集光路和探測器上添加偏振調制模塊或調制信號，所以不能進行近場的偏振調制成像。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種對不透明樣品進行納米尺度上各向異性特性成像的偏振調制掃描近場光學顯微鏡系統，以提高掃描近場成像的信噪比和偏振調制成像的靈敏度。

為解決上述技術問題，本發明采用下述技術方案：

基于光纖探針的反射式偏振調制近場掃描光學顯微鏡系統，該光學顯微鏡系統包括：

光源單元，用于為掃描單元提供穩定的線偏振掃描光源；

掃描單元，基于所述線偏振掃描光源，對待掃描樣品進行反射式近場掃描，獲得待掃描樣品的反射光信號。

優選地，所述光源單元包括：

激光器，用于產生激光束；

線偏振片，用于將激光束的偏振比調整至掃描所需偏振比；

單端口耦合器，將達到掃描所需偏振比的激光束耦合到光纖上。

優選地，所述光源單元進一步包括：設置在單端口耦合器入射端的四分之一波片。