高Q值音叉调制近场光学扫描显微镜研究

摘要

近场光学显微镜日益成为纳米检测中一种重要的手段,而使用非光学方法进行针尖样品之间距离调制成为一个热点问题.使用石英调音音叉作为驱动光纤尖的力敏感器由于具有高Q值,制造成本低,仪器结构简单,灵敏度高等优点,成为非光学调制中一种重要的方法之一.本文围绕音叉调制的原子力胚场光学显微镜(AF/PSTM)的仪器设计,详细讨论了音叉驱动的近场光学扫描显微镜原理,高Q值调音音叉/光纤尖力敏感元件设计,振幅反馈音叉驱动系统设计,并讨论了适用于所有扫描近场显微镜的针尖尺度对成像影响问题.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明

引 言

1音叉驱动的近场光学扫描显微镜原理

1.1石英调音音叉的物理性质及其等效电路

1.1.1石英晶体的压电效应

1.1.2压电传感器的等效电路

1.1.3石英音叉的等效电路及电学分析

1.1.4 AFM和SNOM中使用的石英音叉

1.2压电调音音叉针尖样品距离控制的理论分析

1.2.1振动悬臂模型

1.2.2调音音叉谐振振荡模型

1.3使用调音音叉的扫描显微镜的系统结构

1.4石英调音音叉构成的原子力显微镜和近场光学显微镜

1.4.1使用AFM尖和光纤尖的音叉驱动扫描显微镜

1.4.2原子力/光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)

参考文献

2高Q值调音音叉/光纤尖力敏感元件设计

2.1振动头的设计及模式选择

2.2高Q值力敏感元件的设计

2.3实验及所得到的结论

2.3.1光纤粘接点到固定点水平距离L对音叉Q值的影响

2.3.2共振频率与相位翻转的关系

2.3.3弯曲光纤尖对Q值的影响

2.4高Q值振动头的理论分析

参考文献

3振幅反馈音叉驱动系统研究

3.1前置放大器

3.2系统设计

3.2.1探针

3.2.2音叉光纤尖振动头

3.2.3扫描反馈控制电路

3.3用音叉控制的AF/PSTM系统的扫描样品结果及讨论

参考文献

4 SNOM中针尖尺度对成像影响研究

4.1探针尖形状及对分辨率的影响

4.2针尖尺度对成像影响理论分析

4.2.1针尖直径R远小于特征曲率半径r

4.2.2针尖曲率半径R与特征曲率半径r可比

4.3实验及结果

4.3.1样品的制备

4.3.2实验装置及扫描图像

参考文献

结论

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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