CN100420934C - 一种近场扫描光学显微镜定位扫描成像方法 - Google Patents

Abstract

一种近场扫描光学显微镜定位扫描成像方法。借助传统光学显微装置，并使用微米尺度发光点作为定位参考发光点，在样品台上装配可读数且精度为1μm的二维微调装置。通过调节微调装置在显微成像装置下观测并精确测量定位参考发光点中心和样品目标区域的相对位移。通过监测光学探针接受到的光强，调节光学探针到定位参考发光点中心处，进一步根据定位参考发光点中心和样品目标区域的相对位移，调节光学探针到样品目标区域实施扫描成像。用于近场扫描光学显微镜光学探针在样品目标区域的定位，可通过显微镜大范围搜索关心的目标区域，再调整探针到目标区域扫描成像，实现NSOM定位扫描成像，定位精度可达到1μm，且结构简单。

Description

一种近场扫描光学显微镜定位扫描成像方法

技术领域

本实用新型属于扫描探针显微镜领域。涉及近场扫描光学显微镜探针在样品表面定位扫描成像的技术。

背景技术

与传统的光学显微镜相比，近场扫描光学显微镜(NSOM)具有超高的光学分辨率(10nm)。实用中大部分样品表面各局部区域间光学形貌都不相同。传统光学显微镜的样品台一般都有微调装置，可通过移动样品大范围快速观察样品。而NSOM由于是扫描成像而不是直接成像，通过压电扫描器控制超微光学探针逐点成像，采用的探针一般是光纤探针、四面体探针等，成像时间需几分钟到十几分钟，成像范围为几微米到几十微米，因而无法大范围快速观察样品。即便加上微调装置，以便调整探针在样品不同区域扫描成像，但仍无法快速观察整个样品。辅助以传统的光学显微镜，可先通过显微镜大范围搜索关心的目标区域，再调整探针到目标区域扫描成像，但如何确定探针与显微镜下目标区域之间的相对位置是一个重要的问题。目前的NSOM都没有高精度的定位方法。

发明内容

为解决如何确定探针与传统光学显微镜下样品目标区域之间的相对位置的问题，以实现NSOM与光学显微镜的联用，通过显微镜大范围搜索关心的目标区域，再调整探针到目标区域扫描成像，进而实现NSOM大范围快速地观察样品，本发明提供了一种可定位扫描的方法和装置。定位精度可达到1μm。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在此方法中借助传统光学显微镜，并使用直径在微米尺度的发光点作为定位参考发光点(可采用的点光源有：耦合有激光的单模光纤端面、被照明的小孔、发光面很小的半导体激光器等)。显微镜样品台配有二维微调装置(可读数且精度为1μm)。根据扫描方式NSOM的工作方式可分为两种：扫描器控制样品扫描，扫描器控制探针扫描。如采用NSOM扫描器控制样品扫描，则将样品固定在扫描器上，扫描器固定在显微镜样品台上，定位参考发光点固定于样品台上或扫描器上，定位参考发光点无论是固定于样品台上还是扫描器上都要求使样品与定位参考发光点处于同一高度，光学探针和显微镜物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度。如采用NSOM扫描器控制探针扫描，则将定位参考发光点和样品固定在显微镜样品台上，并且使样品与定位参考发光点处于同一高度，探针固定在扫描器上，扫描器和显微镜物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度。在显微镜下观测定位参考发光点和样品目标区域，通过微调装置分别调节至显微镜视野中心，通过监测微调装置的读数可精确测量二者的相对位移。将光学探针调节到定位参考发光点处，光学探针可接收定位参考发光点的光波。肉眼或光电探测装置监测光学探针接受到的光强，通过微调装置使光学探针调节到定位参考发光点中心，精确测量此时定位参考发光点的位置。再根据定位参考发光点和样品目标区域间的相对位移，将光学探针调节至目标区域，实现光学探针定位，进行NSOM的进针及扫描成像。定位的精度取决于微调装置的机械精度(1μm)。

本发明的有益效果是，可实现NSOM定位扫描成像，定位精度可达到1μm，且结构简单。

具体实施方式

实施例1：建立微米尺度的定位参考发光点，可采用的点光源有：耦合有激光的单模光纤端面、被照明的小孔、微小发光面半导体激光器等。借助传统光学显微镜，在样品台上装配二维微调装置(可读数且精度为1μm)。如采用NSOM扫描器控制样品扫描，则将样品固定在扫描器上，扫描器固定在样品台上，定位参考发光点固定于样品台上或扫描器上，定位参考发光点无论是固定于样品台上还是扫描器上都要求使样品与定位参考发光点处于同一高度，光学探针和显微镜物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度。如采用NSOM扫描器控制探针扫描，则将定位参考发光点和样品固定在显微镜样品台上，并且使样品与定位参考发光点处于同一高度，探针固定在扫描器上，扫描器和显微镜物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度。通过调节微调装置在显微镜下观测并精确测量定位参考发光点和样品目标区域的相对位移。将光学探针调节到定位参考发光点处，通过肉眼或光电探测装置监测光学探针接受到的光强，通过微调装置使光学探针调节到定位参考发光点中心，精确测量定位此时参考发光点中心的位置。根据定位参考发光点中心和样品目标区域间的相对位移，将光学探针调节至目标区域实施扫描成像。

实施例2：建立微米尺度的定位参考发光点，可采用的点光源有：耦合有激光的单模光纤端面、被照明的小孔、微小发光面半导体激光器等。在已有的NSOM基础上，在NSOM样品台上装配二维微调装置(可读数且精度为1μm)。如采用NSOM扫描器控制样品扫描，则将样品固定在扫描器上，扫描器固定在装配二维微调装置的样品台上，定位参考发光点固定于装配二维微调装置的样品台上或扫描器上，定位参考发光点无论是固定于样品台上还是扫描器上都要求使样品与定位参考发光点处于同一高度，建立一个显微成像装置并与NSOM的光学探针固定架固定在一起，显微镜成像物面与光学探针尖端处于同一高度。如采用NSOM扫描器控制探针扫描，则将定位参考发光点和样品固定在装配二维微调装置的样品台上，并且使样品与定位参考发光点处于同一高度，则将探针固定在扫描器上，扫描器和显微镜物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度。通过调节微调装置，在显微成像装置下观测并精确测量定位参考发光点和样品目标区域的相对位移。将光学探针调节到参考发光点处，通过肉眼或光电探测装置监测光学探针接受到的光强，通过微调装置使光学探针调节到定位参考发光点中心，精确测量此时定位参考发光点中心的位置。根据光纤端面和样品目标区域间的相对位移，将光学探针调节至目标区域实施扫描成像。

Claims (2)

1. 一种近场扫描光学显微镜定位扫描成像方法，其特征是：借助传统光学显微装置，并使用微米尺度发光点作为定位参考发光点，在样品台上装配可读数且精度为1μm的二维微调装置；采用NSOM扫描器控制样品扫描，将样品固定在扫描器上，扫描器固定在样品台上，定位参考发光点固定于样品台上或扫描器上，样品与定位参考发光点处于同一高度，光学探针和显微物镜固定在一起，并与显微镜成像物面处于同一高度；采用NSOM扫描器控制探针扫描，将定位参考发光点和样品固定在装配二维微调装置的样品台上，样品与定位参考发光点处于同一高度，探针固定在扫描器上，扫描器和显微物镜固定在一起，光学探针尖端与显微镜成像物面处于同一高度；通过微调装置在显微镜下观测定位参考发光点和样品目标区域，精确测量二者的相对位移；通过监测光学探针接受到的光强，将光学探针调节到定位参考发光点中心处，进一步根据定位参考发光点中心和样品目标区域的相对位移，调节光学探针到样品目标区域实施扫描成像。

2. 根据权利要求1所述的近场扫描光学显微镜定位扫描成像方法，其特征是：可采用的点光源有：耦合有激光的单模光纤端面、被照明的小孔、微小发光面半导体激光器等。