AF/PSTM全内反射照明方案及其浸油物镜的设计

摘要

近场光学显微镜可以突破传统光学显微镜无法逾越的衍射极限，具有超高的光学分辨率，对样品无侵入性，无破坏性，能够在生物或材料的自然状态环境下进行观测和研究，广泛应用于纳米尺度光学成像和纳米尺度光谱的研究中。 原子力与光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)在第一代光子扫描隧道显微镜(PSTM)的基础上利用π对称双光束照明消除假象，可以应用于多种样品的检测中，在生物医学，纳米科技等领域有着巨大的应用价值。但原有的双功能原子力与光子扫描隧道显微镜的照明系统调节上存在很大的难度，不利于仪器的商品化及存活时间较短的活细胞等样品的检测。本文提出一种新的照明方案，该照明系统勿需每次更换针尖时重新调节，可以大大降低仪器操作的难度。并根据该新照明方案的要求，详细介绍了适用于新的照明系统的浸油显微物镜的设计过程，并对该浸油物镜的设计结果进行全面的像质分析和像质评价，设计结果显示该浸油物镜的数值孔径可达1.55，很好的满足了新照明系统的需要。 双功能弯曲光纤探针是原子力与光子扫描隧道显微镜的核心部件，用于采集原子力显微镜和光子扫描隧道显微镜的信号。当光纤探针至被照明样品距离一定时，光纤探针透光孔径的大小决定了仪器的分辨率。因此，弯曲光纤探针的制作对原子力与光子扫描隧道显微镜的检测至关重要。双功能弯曲光纤探针采用普通单模光纤，尖端直径低于100nm，它的制作过程包括热拉伸和化学腐蚀两个过程。本文对在原子力与光子扫描隧道显微镜上使用的弯曲光纤探针的制作方法做出了全面的实验总结，包括实验参数的选择，腐蚀时间的确定等等。

目录

文摘

英文文摘

声明

引 言

1扫描探针显微镜

1.1扫描隧道显微镜

1.2原子力显微镜

1.3扫描近场光学显微镜

1.3.1扫描近场光学显微镜的发展历程

1.3.2扫描近场光学显微镜的原理

1.3.3扫描近场光学显微镜的结构，工作模式及分类

1.3.4扫描近场光学显微镜的应用及展望

1.4本章小结

2原子力与光子扫描隧道显微镜AF/PSTM

2.1 AF/PSTM的理论基础-近场光学及其探测

2.1.1近场光学可以突破衍射极限

2.1.2近场探测原理

2.1.3光子隧道效应及光子隧道信息的数学描述

2.2原子力与光子扫描隧道显微镜的构成及操作要领

2.2.1 AF/PSTM探针基板及探针安装

2.2.2 AF/PSTM的光纤探针的共振峰搜索

2.2.3 AF/PSTM的主机

2.2.4 AF/PSTM的电子系统

2.2.5 AF/PSTM控制处理软件

2.2.5 AF/PSTM的图像采集

2.2.6 AF/PSTM的实验研究和应用

2.3本章小结

3原子力与光子扫描隧道显微镜照明系统的改进方案

3.1消假象原理及现有的照明系统

3.1.1 AF/PSTM消假象原理及图像分解方法

3.1.2现有的照明系统-p偏振光照明系统

3.1.3现有照明系统存在的问题

3.2新的照明系统方案

3.3新照明方案中的浸油物镜设计

3.3.1显微物镜及其设计概述

3.3.2照明方案中浸油物镜的结构选择，设计过程及结果分析

3.4本章小结

4双功能弯光纤尖

4.1近场光纤探针概述

4.1.1近场光纤探针的主要类型

4.1.2光纤探针的制作方法

4.2 双功能弯光纤探针的制备

4.2.1半成品弯光纤尖的制备

4.2.2弯光纤尖的腐蚀

4.2.3光纤尖的镀膜

4.3本章小结

结 论

参考文献

读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢