[發(fā)明專利]基于透射方法的散射式近場顯微光學(xué)系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811650499.5
• 申請日: 2018-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN109580548A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚遠(yuǎn);耿安兵;鄒勇華;章侃;袁英豪;郭劼;周正;李淵
• 申請（專利權(quán)）人: 華中光電技術(shù)研究所（中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一七研究所）
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47;G01N21/01
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

本發(fā)明公開了一種基于透射方法的散射式近場顯微光學(xué)系統(tǒng)，包括照射光源、拋物面反射鏡組、樣品臺(tái)、金屬納米針、大口徑拋物面反射鏡、平面反射鏡組、拋物面反射鏡、探測器；待測樣品置于該樣品臺(tái)上，金屬納米針置于該待測樣品上方；照射光源發(fā)出的光經(jīng)過拋物面反射鏡組先準(zhǔn)直成平行光，再匯聚到樣品臺(tái)的下方，光從樣品臺(tái)透射到待測樣品上，再從金屬納米針尖處激發(fā)出散射信號(hào)，散射信號(hào)經(jīng)放置在其上方的大口徑拋物面反射鏡收集，并準(zhǔn)直輸出，準(zhǔn)直輸出的光再經(jīng)過平面反射鏡組入射到拋物面反射鏡，最終將信號(hào)匯聚到探測器上。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了寬波段的近場信號(hào)的產(chǎn)生及散射信號(hào)提取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于透射方法的散射式近場顯微光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近場成像是突破衍射極限，獲得亞波長分辨圖像的研究熱點(diǎn)之一，自設(shè)想提出以來，陸續(xù)在微波、可見光、紅外與太赫茲波等領(lǐng)域得到了驗(yàn)證。

近場通常指距離在波長甚至是亞波長量級(jí)的區(qū)域。典型的太赫茲波近場成像多指掃描近場太赫茲波顯微，即利用局域太赫茲波在樣品近場區(qū)域進(jìn)行二維網(wǎng)格狀掃描，收集所有待測點(diǎn)處信息后，交由計(jì)算機(jī)處理和重構(gòu)出最終圖像，該過程所獲圖像分辨率不受波長限制，主要取決于局域孔徑或針尖的大小。根據(jù)海森堡測不準(zhǔn)原理，為實(shí)現(xiàn)掃描平面方向上亞波長量級(jí)物體的分辨，該方向上的波數(shù)分量必須大于入射太赫茲波的波數(shù)，而垂直平面方向上的分量為虛數(shù)，這導(dǎo)致太赫茲波在其近場區(qū)域除存在傳播分量外，還同時(shí)存在隱失分量。其中，傳播場有能流傳播，但不攜帶樣品的細(xì)節(jié)信息，振幅與傳播距離成反比；而隱失場雖無能流傳播，但攜帶樣品的細(xì)節(jié)信息，振幅隨距離的增加而指數(shù)衰減。近場成像可以突破衍射極限正是因?yàn)閷﹄[失波的獲取、利用和探測，這與受到衍射極限限制的傳統(tǒng)方法中，利用透鏡等光學(xué)元件對太赫茲波聚焦來提高分辨率有著顯著區(qū)別。

近場成像分為兩種模式：近場照明和近場收集。兩者區(qū)別在于用來獲取或耦合轉(zhuǎn)化隱失波的亞波長尺寸物體相對樣品的位置不同。近場照明是利用微孔或針尖局域太赫茲波，近場照射樣品；近場收集是近場直接探測受樣品精細(xì)結(jié)構(gòu)散射而得的隱失場，或遠(yuǎn)場探測其經(jīng)近場微孔或針尖轉(zhuǎn)化而成的傳播場。前者的實(shí)用和推廣需先解決信號(hào)的大小問題，即如何對太赫茲波進(jìn)行有效局域和增強(qiáng)增透；后者伴隨隱失場的衍射，故需解決近場距離的控制及太赫茲波的高效耦合與轉(zhuǎn)化大、太赫茲波透過率低的問題，但多存在背景噪聲及照明接收光路相互干擾等缺點(diǎn)，系統(tǒng)信噪比有待提高，分辨率普遍不及前者。

通常的近場成像系統(tǒng)中，使用光束分束鏡來實(shí)現(xiàn)近場信號(hào)的產(chǎn)生和提取，而分束鏡在寬波段很難保證一致的色散特性，這就影響了近場成像系統(tǒng)在寬波段的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

通常的近場成像系統(tǒng)中，使用光束分束鏡來實(shí)現(xiàn)近場信號(hào)的產(chǎn)生和提取，而分束鏡在寬波段很難保證一致的色散特性，這就影響了近場成像系統(tǒng)在寬波段的應(yīng)用，針對這一問題，本發(fā)明提供了一種可真正實(shí)現(xiàn)測量與樣品及波長無關(guān)化，寬波段的近場信號(hào)產(chǎn)生及散射信號(hào)提取的基于透射方法的散射式近場顯微光學(xué)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

提供一種基于透射方法的散射式近場顯微光學(xué)系統(tǒng)，包括照射光源、拋物面反射鏡組、樣品臺(tái)、金屬納米針、大口徑拋物面反射鏡、平面反射鏡組、拋物面反射鏡、探測器；待測樣品置于該樣品臺(tái)上，金屬納米針置于該待測樣品上方；

照射光源發(fā)出的光經(jīng)過拋物面反射鏡組先準(zhǔn)直成平行光，再匯聚到樣品臺(tái)的下方，光從樣品臺(tái)透射到待測樣品上，再從金屬納米針尖處激發(fā)出散射信號(hào)，散射信號(hào)經(jīng)放置在其上方的大口徑拋物面反射鏡收集，并準(zhǔn)直輸出，準(zhǔn)直輸出的光再經(jīng)過平面反射鏡組入射到拋物面反射鏡，最終將信號(hào)匯聚到探測器上。

接上述技術(shù)方案，照射光源發(fā)出的光為微波、可見光、紅外或太赫茲波。

接上述技術(shù)方案，照射光源的出射光為平行光或發(fā)散光束。

接上述技術(shù)方案，所述樣品臺(tái)為可移動(dòng)樣品臺(tái)。