CN102426270B - 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统 - Google Patents

一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102426270B
CN102426270B CN201110258114.2A CN201110258114A CN102426270B CN 102426270 B CN102426270 B CN 102426270B CN 201110258114 A CN201110258114 A CN 201110258114A CN 102426270 B CN102426270 B CN 102426270B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
optical fiber
lens
snom
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110258114.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102426270A (zh
Inventor
赵华波
林峰
朱星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN201110258114.2A priority Critical patent/CN102426270B/zh
Publication of CN102426270A publication Critical patent/CN102426270A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102426270B publication Critical patent/CN102426270B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统，属于近场光学仪器制造领域。该低温SNOM的光学系统包括激光器、照明光纤、粗逼近步进马达、光学聚焦镜、音叉、针尖光纤、光谱仪和光电倍增管，粗逼近马达的移动部件为石英三棱柱，石英三棱柱的中心设有通孔，照明光纤穿过该通孔，光学聚焦镜固定在石英三棱柱的下表面，光学聚焦镜包括上下两个光学共轴的透镜，针尖光纤与音叉固定在光学聚焦镜下方，针尖光纤穿过光学聚焦镜后从镜筒侧壁开孔引出，通过光纤导入到光谱仪和光电倍增管。本发明无须再外加开放光路，使得真空腔体里光路调节简化。

Description

一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统
技术领域
本发明属于光学显微镜技术领域，具体是一种在低温真空环境下工作的扫描近场光学显微镜光学系统。
背景技术
近场光学显微术(SNOM)利用近场相互作用，可以达到小于100nm的分辨率，远远优于受衍射障碍限制的远场显微术。运用近场光学成像的想法第一次是由Synge在1928年提出的，他指出通过亚波长孔径照射物体与非常接近样品的探测器的结合，通过非衍射限制过程可以获得高分辨率。将原理变为现实的常规的实验仪器是Pohl et al.等人在1984年完成的，从而扫描近场光学显微镜得以实现，光学衍射极限获得真正突破。扫描近场光学显微镜(SNOM)在材料的纳米尺度光学成像，量子器件的发光特性，以及表面等离激元的近场探测等诸多领域得以应用。在低温环境下，一些常温的SNOM的问题可以得到改善。如SNOM的成像较慢，以此对系统的各种参数温漂敏感，而在在低温下，热噪声小，各种漂移参数得到抑制，有利于得到高质量长时间成像与光谱信息。光学探测时，光信号的信噪比大幅提高，可探测到常温下被淹没的微弱信号。光谱谱线宽度减小，有利于分辨精细能级结构。对于一些样品，如半导体、有机荧光分子中许多复合发光的现象与温度密切相关。在低温下一些非辐射复合过程发生的机率降低，载流子热运动的平均能量降低，因此发光效率比室温下大为提高，光谱宽度减小，信噪比高，而且诸如激子复合等现象也只能在低温下才能出现，载流子的寿命，迁移率等等其它性质也往往与温度密切相关。利用近场光学的高空间分辨率，结合低温的手段，可以对这些发光现象进行深入的研究。
目前商用SNOM一般都是工作在大气环境下，有着足够的空间引入复杂的开放光路。对于在低温真空环境下工作的SNOM，由于扫描头位于真空腔体的内部，受透镜数值孔径及工作距离所限，在真空腔体外架设和调节激发或收集光路非常困难。而如果在真空腔体中架设光路，一方面由于腔体内部空间有限，另一方面在真空腔体中调节光路的难度极大，所以要求低温SNOM的光路设计尽可能简化，便于操作。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的是提供在低温真空环境中工作于反射式针尖收集模式下的SNOM的光学系统设计。
本发明的具体技术方案如下：
本发明设计的低温SNOM的光学系统包括激光器、照明光纤、粗逼近步进马达、光学聚焦镜、音叉、针尖光纤、光谱仪和光电倍增管，粗逼近马达的移动部件为石英三棱柱，石英三棱柱的中心设有通孔，照明光纤穿过该通孔，光学聚焦镜固定在石英三棱柱的下表面，光学聚焦镜包括上下两个光学共轴的透镜，针尖光纤与音叉固定在光学聚焦镜下方，针尖光纤穿过光学聚焦镜后从镜筒侧壁开孔引出，通过光纤导入到光谱仪和光电倍增管。
本发明的优点是：
将光学聚焦镜与粗逼近步进马达结合，配合使用音叉反馈方式，实现近场光信号的探测，整个设计只有两根光纤，无须再外加开放光路，使得真空腔体里光路调节简化。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
附图是本发明的结构示意图。
其中：1-氦镉激光器；2-照明光纤；3-粗逼近马达；4-光学聚焦镜筒；5-上透镜；6-下透镜；7-音叉；8-针尖光纤；9-陶瓷悬臂；10-光谱仪/光电倍增管。
具体实施方式
本发明低温SNOM的光学系统包括激光器、照明光纤、粗逼近步进马达、光学聚焦镜、音叉针尖光纤、光谱仪/光电倍增管，粗逼近马达3的移动部件是石英三棱柱，移动范围为10mm以内。石英三棱柱中心开有2mm直径的通孔，一根直径为200μm的照明光纤2穿过该通孔，该光纤的照明光源为波长为442nm的氦镉激光器1。光学聚焦镜筒4固定在石英三棱柱的下表面，上下两个光学共轴的透镜5、6为直径6mm的平凸镜，焦距为8.94mm。照明光纤作为激发光源固定于上透镜的正上方9mm的位置。这样激发光就可经两个透镜欠聚焦于针尖下方的样品表面。针尖光纤8与音叉7粘合后通过一陶瓷悬臂9固定在透镜6下方2mm处的中央位置。针尖光纤8由透镜6中心处1mm的通孔穿过后从镜筒侧壁引出。近场光信号由逼近样品表面的针尖光纤收集，利用光纤导入到光谱仪/光电倍增管10后转变为电信号，最后进入扫描控制端成近场光学像。

Claims (5)

1.一种低温SNOM的光学系统，其特征在于，包括激光器、照明光纤、粗逼近步进马达、光学聚焦镜筒、音叉、针尖光纤、光谱仪和光电倍增管，粗逼近马达的移动部件为石英三棱柱，石英三棱柱的中心设有通孔，照明光纤穿过该通孔，光学聚焦镜筒固定在石英三棱柱的下表面，光学聚焦镜筒包括上下两个光学共轴的透镜，针尖光纤与音叉固定在光学聚焦镜筒下方，针尖光纤穿过下透镜后从镜筒侧壁开孔引出，通过光纤导入到光谱仪和光电倍增管。
2.一种如权利要求1所述的低温SNOM的光学系统，其特征在于，照明光纤作为激发光源固定于上透镜的正上方9mm的位置。
3.一种如权利要求1所述的低温SNOM的光学系统，其特征在于，上、下透镜为直径6mm的平凸镜，焦距为8.94mm。
4.一种如权利要求1所述的低温SNOM的光学系统，其特征在于，针尖光纤与音叉粘合后通过一陶瓷悬臂固定在下透镜下方2mm处的中央位置。
5.一种如权利要求1所述的低温SNOM的光学系统，其特征在于，针尖光纤由下透镜中心处1mm的通孔穿过。
CN201110258114.2A 2011-09-02 2011-09-02 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统 Expired - Fee Related CN102426270B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110258114.2A CN102426270B (zh) 2011-09-02 2011-09-02 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110258114.2A CN102426270B (zh) 2011-09-02 2011-09-02 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102426270A CN102426270A (zh) 2012-04-25
CN102426270B true CN102426270B (zh) 2013-04-10

Family

ID=45960275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110258114.2A Expired - Fee Related CN102426270B (zh) 2011-09-02 2011-09-02 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102426270B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103616532B (zh) * 2013-11-06 2015-10-28 中国科学技术大学 低回差高重复扫描探针显微镜独立扫描器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001006296A1 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Martin Moskovits High q-factor micro tuning fork by thin optical fiber for nsom
CN1587980A (zh) * 2004-09-15 2005-03-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 完全光纤探针扫描式近场光学显微镜

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001006296A1 (en) * 1999-07-20 2001-01-25 Martin Moskovits High q-factor micro tuning fork by thin optical fiber for nsom
CN1587980A (zh) * 2004-09-15 2005-03-02 中国科学院上海光学精密机械研究所 完全光纤探针扫描式近场光学显微镜

Also Published As

Publication number Publication date
CN102426270A (zh) 2012-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112379129B (zh) 高时空分辨多模态载流子动力学测量系统及测量方法
US8635710B2 (en) Scanning probe microscope and method of observing sample using the same
Shegai et al. Coloring fluorescence emission with silver nanowires
Imamura et al. Optical control of individual carbon nanotube light emitters by spectral double resonance in silicon microdisk resonators
CN106645064B (zh) 一种受激辐射损耗方法、超分辨成像方法及显微成像装置
JP2010503847A (ja) 単一分子を撮像する装置
CN101059437A (zh) 变温显微磁光光谱系统
CN112485235B (zh) 具备超快时间分辨光谱能力的透射电子显微镜样品杆系统和应用
Ishii et al. Pushing the limits of deep-ultraviolet scanning near-field optical microscopy
Glushkov et al. Waveguide-based platform for large-fov imaging of optically active defects in 2d materials
CN102426269B (zh) 一种低温扫描近场光学显微镜
CN102426270B (zh) 一种低温扫描近场光学显微镜的光学系统
CN110779900A (zh) 一种基于光纤超透镜的稀土离子上转换光谱高效测量系统
JP4585053B2 (ja) 散乱型近接場顕微鏡
Götzinger et al. Confocal microscopy and spectroscopy of nanocrystals on a high-Q microsphere resonator
CN113390789A (zh) 用于低温超导磁体的腔内显微拉曼光谱测试系统、其测试方法和应用
CN210571973U (zh) 一种带有光镊的显微拉曼系统
Qiu et al. Enhancement of spontaneous emission from CdSe/ZnS quantum dots through silicon nitride photonic crystal cavity based on miniaturized bound states in the continuum
JP4929106B2 (ja) 近接場ファイバープローブ、及び近接場光学顕微鏡
RU2616854C2 (ru) Сканирующий зондовый микроскоп для оптической спектрометрии
WO2008053190A1 (en) Confocal microscope
CN112611890B (zh) Stm针尖增强光信号空间成像装置及其成像方法
Yin et al. Planar single-molecule sensors based on hollow-core ARROW waveguides
CN108647467B (zh) 基于重离子径迹技术的超表面纳米天线阵列的制造方法及应用
CN116223465A (zh) 等离子体显微成像系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130410

Termination date: 20150902

EXPY Termination of patent right or utility model