近场扫描光学显微镜仪器研究

摘要

该文主要研究了偏振近场光学扫描显微镜的几个关键环节,研制并开发了一套探针样品距离控制系统,该系统采用音叉传感器上粘上探针的方法,通过探针接近样品时的切变力变化影响音叉振动的幅度和相位的原理检测切变力大小,采用音叉信号的振幅和相位作为反馈信号控制探针样品距离,其中在音叉信号相位检测方面做了比较多的工作,采用了一种比较新型的相位检测方案来替代成本高、响应速度慢的锁定放大器,测得了音叉信号的振幅/相位与频率的关系曲线图,证实了控制系统的可行性.该文的主要内容如下:详细地介绍了光弹调制技术并分析样品光学各向异性的现象;在总结、分析传统光纤探针的制备方法之后,提出了一种新颖的光纤探针制作方法即两步成型法,通过此方法可制造出直径约80nm、锥角约30度的光纤探针;对光电探测器的原理和误差分析作了详细介绍;对我们的距离控制电路进行了详尽的介绍,分析了PI控制器的结构和参数决定方法;在实践中取得了不错的效果.另外文中还对三维扫描压电陶瓷管进行了建模和分析.整个控制系统采用VC编写在Window98系统下实现,为了提高软件的执行效率,软件采用了多线程技术,多媒体精密时钟技术,串行、并行接口编程技术,在实践中还采用了gal等可编程器件,配合计算机接口工作,取得了不错的效果.我们测出的相位和振幅曲线和理论值基本一致.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节扫描近场光学显微镜(SNOM)的发展简史

第二节近场光学显微镜的基本原理

第三节近场光学显微镜的构成

第四节论文研究意义和内容安排

第二章偏光近场光学显微镜系统介绍

第一节偏振光调制技术

第二节探针处理与分析

第三节数据采集与微弱信号处理

第四节小结

第三章Probe-Sample距离测控

第一节测控系统原理

第二节音叉传感器及其幅度控制

第三节相位检测

第四节信号发生及其幅度相位调节

第五节PID控制与执行机构

第六节小结

第四章控制软件设计

第一节概述

第二节接口编程(连接硬件与软件的桥梁)

第三节测量结果

第四节仪器软件所使用的一些技术

第五节小结

结论与展望

附录A相位检测电路图

附录B音叉恒幅控制电路图

附录C串口类实现程序

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文