一种扫描近场光学显微镜扫描探头

摘要

本发明涉及一种扫描近场光学显微镜扫描探头。现有的扫描探头成像质量较差，技术复杂。本发明包括传感器架、CCD传感器、成像室、滤光片、图像采集卡。CCD传感器设置在传感器架上，成像室为倒立的内部中空的圆锥体，成像室底面与传感器架配合连接；CCD传感器芯片的感光面与成像室的底面位置对应；成像室的锥顶开有小孔，小孔的直径为50～500nm；成像室内活动设置有滤光片，小孔所在平面、滤光片平面均与成像室底面平行，CCD传感器与图像采集卡信号连接。本发明结构简单，将近场信号直接转化为一定的图像信号，利用图像处理的方法解调近场信息，避免了背景光的干扰，具有较高的分辨率。

说明书

技术领域

本发明属于光学及光子学领域，涉及一种基于亚波长小孔和CCD传感器的扫描近场光学显微镜扫描探头。

背景技术

扫描近场光学显微镜(SNOM)是近场光学、纳米光子学、纳米材料学等领域非常重要的科学仪器。近场概念的提出始于1928年的Synge，他指出如果用一个尺寸小于波长的光源以大致尺度接近尺寸相当的物体就可以实现超显微镜，但由于实验条件的限制，直到1984年，才由Pohl和Lewis两个小组独立实现。在随后的二十几年中，SNOM无论在理论、实验还是制作上都有了非常大的发展，SNOM的应用领域非常广泛，包括各类对薄膜、聚合物、DNA分子、量子点、量子阱、食品分子、波导、纳米结构、光栅等的研究。近场控制原理基于近场时原子剪切力的变化，一般用光或音叉来响应该变化。

传统的SNOM扫描探头主要有：用HF刻蚀的光纤探针、用微电子方法加工的中心带有亚波长通光孔的金字塔形探针、金属纳米颗粒、碳纳米管等。光纤探针虽然加工简单，但其成像质量较差，且易断；金字塔形探针较昂贵；金属纳米颗粒和碳纳米管仅处于研究阶段，技术复杂。除此之外，传统SNOM是基于逐点扫描的工作原理，扫描探针和探测器分离，增加了背景噪声，并且由于分立部分过多，使系统难于维护，一个很小的问题足以使系统无法工作。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于亚波长小孔和CCD传感器的扫描近场光学显微镜扫描探头。

本发明的扫描探头包括传感器架、CCD传感器、成像室、滤光片、图像采集卡。

CCD传感器设置在传感器架上，成像室为倒立的内部中空的圆锥体，成像室底面与传感器架配合连接。CCD传感器芯片的感光面与成像室的底面位置对应。成像室的锥顶开有小孔，小孔的直径为50～500nm。成像室内活动设置有滤光片，小孔所在平面、滤光片平面均与成像室底面平行。CCD传感器与图像采集卡信号连接。

本发明所具有的优点是：

(1)探头仅由一个亚波长小孔和一个CCD传感器组成，结构简单；

(2)将近场信号直接转化为一定的图像信号，利用图像处理的方法解调近场信息；

(3)避免背景光的干扰，提高分辨率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

具体实施方式

如图1所示，该扫描探头包括传感器架1、CCD传感器2、成像室3、滤光片4、图像采集卡6。

CCD传感器2设置在传感器架1上，成像室3为倒立的内部中空的圆锥体，成像室3底面与传感器架1配合连接。CCD传感器2芯片的感光面与成像室3的底面位置对应。成像室3的锥顶开有小孔5，小孔5的直径为200nm。成像室3内活动设置有滤光片4，小孔5所在平面、滤光片4平面均与成像室3底面平行。CCD传感器2与图像采集卡6信号连接。

该探头的工作过程是：当样品与小孔5距离远小于波长时，由于金属表面等离子增强效应，从光源发出的激光照亮样品后，形成的近场光被增强，通过小孔5入射到CCD传感器2芯片的感光面上，然后转换成电信号由图像采集卡6传输到计算机中。CCD传感器2及滤光片4对应于被研究的光波长，且均可更换。虽然，亚波长小孔并不能直接将样品上的微纳结构成像于CCD传感器芯片上，但样品表面微纳结构及光学特性的变化，可以反映到CCD传感器成像的变化上，利用该变化和图像处理的方法解调近场信息，可以对样品表面形貌以及光学特性进行重现，达到近场成像的目的。