CN105588954B - 近场偏振光扫描探针显微镜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种近场偏振光扫描探针显微镜，具有一条近场光学探测光路，所述近场光学探测光路中由He‑Ne激光器发出的一束线偏振光依次经过四分之一波片A、分光棱镜、物镜A、探针至载物台形成近场光学产生光路；从探针反射的反射光依次经过物镜A、分光棱角、四分之一波片B、格兰泰棱镜、物镜，由光电接收器接收至图像显示系统。本发明能有效抑制远场背景光，提高近场光的信噪比，且能达到小于10纳米的空间分辨率。

Description

近场偏振光扫描探针显微镜
技术领域
本发明涉及一种近场光学显微镜，特别是一种采用无孔探针，用垂直入射-聚集方式收集近场光的近场光学显微镜。
背景技术
随着社会和经济的发展，人类已经迈入网络化和信息化时代，大容量、高密度和快速传播是数字化存储的显著特征。磁盘存储方式因其大容量、寿命长等特点仍然是目前科研和工业技术发展的重点，代表性技术包括硬盘驱动器(Hard disk drive, HDD)和光盘驱动器(Optical disc drive,ODD)，分别问世于1956年（IBM-350）、1975年（compact disc，CD）。相比于HDD，ODD技术还具有非接触式读写和擦除、信息的信噪比高、信息位的价格低等优点。信息领域的中心问题就是存储能力，只有存储容量的不断增大，才能满足信息社会高速发展的需要。要提高信息存储容量，必须不断减小用于记录信息的信息位的尺寸。但当尺寸减小到一定程度时，磁存储和光存储技术分别面临“超顺磁效应”和“衍射极限”问题。为了尽可能的降低“超顺磁效应”磁存储技术从平面存储转向垂直存储。光存储技术利用更短波长的蓝光光源和增加物镜数值孔径实现缩小光斑，减少衍射极限的影响，但是并没有从根本上解决衍射极限问题。科研工作者结合光记录以及磁记录的优点，提出了激光热辅磁记录技术进一步提高存储能力，但仍然受限于衍射极限问题。因而，现行磁存储和远场光学存储已经无法进一步提高存储能力了。1991年 Betzig 发明了近场光学显微镜（ScanningNear-field Optical Microscope, SNOM），突破了衍射极限实现了纳米光学探测。1992年他成功将近场光学显微镜应用于光学存储中，实现了约45Gbit/inch2的超高记录密度。从此，近场光存储技术成为光存储研究的一个热点，受到研究人员和工业界的广泛关注。
前期的探针型SNOM主要采用直径为纳米级的孔径探针尖端作记录头，Hosaka等人利用半导体激光作为光源实现了60纳米的记录磁畴。近场光收集能力受限于小孔孔径的限制，它的空间分辨率一般大于50 nm。为克服探针孔径的束缚，研究人员提出了无孔探针型近场光学显微镜。侧向入射，侧向探测是对非透明材料研究的主要探测方式：探针顶部表面镀有一层金属薄膜，将偏振光聚焦在探针顶点区域，探针在近场区域扰动，使得近场光散射到远场空间中用于探测。近年文献表明该探测方式的近场光学显微镜已经实现了<10 nm的空间分辨率。利用入射光的偏振性，无孔探针型SNOM已用来研究局域磁性薄膜磁畴、等离子共振等问题，但纵向近场磁光表面克尔效应研究尚不足，究其原因，主要因为散射光探测的背景信号（远场光）较大，而且远场光与磁场的相互作用也将被纳入探测系统中去。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种近场偏振光扫描探针显微镜。
本发明解决技术问题的所采用的技术方案是：一种近场偏振光扫描探针显微镜，具有一条近场光学探测光路，所述近场光学探测光路中由He-Ne激光器发出的一束线偏振光依次经过四分之一波片A、分光棱镜、物镜A、探针至载物台形成近场光学产生光路；从探针反射的反射光依次经过物镜A、分光棱镜、四分之一波片B、格兰泰棱镜、物镜，由光电接收器接收至图像显示系统。
探针背面设有V型槽，V型槽内涂有一层金属薄膜，用于激光聚焦到V 型槽内时，在探针表面有等离子体溢出在尖端形成纳米光源，从而采集样品的光学信息。
所述格兰泰棱镜，用于将反射光中相位不同的远场光和近场光区分开。
所述四分之一波片A，用于将线偏振光转换为圆偏振光。
本发明的有益效果在于：本发明能有效抑制远场背景光，提高近场光的信噪比，且能达到小于10纳米的空间分辨率。
附图说明
图1为本发明的高分辨率近场光学显微镜原理框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种近场偏振光扫描探针显微镜，采用垂直入射-聚集近场光收集方式获取近场光信号。本发明包含一条近场光学探测光路。
近场光学探测光路中由He-Ne激光器1发出的一束线偏振光依次经过四分之一波片A2、分光棱镜3、物镜A4、探针5至载物台形成近场光学产生光路；从探针5反射的反射光依次经过物镜A4、分光棱镜3、四分之一波片B7、格兰泰棱镜8、物镜B9，由光电接收器10接收至图像显示系统。
本发明的工作原理：
首先由He-Ne激光器1发出一束线偏振光,经过四分之一波片A2，将线偏振光转换为圆偏振光，再经过分光棱镜3，物镜A4，将圆偏振光聚集到V型氮化硅原子力的探针5，因为，在探针5背后涂一层金属薄膜，当激光聚焦到V 型槽内，在探针5表面有等离子体溢出在尖端形成纳米光源，从而采集样品6的光学信息。同时从探针5反射回来的远、近场光经过物镜A4、分光棱镜3，四分之一波片B7，到达格兰泰棱镜8，格兰泰棱镜将相位不同的远场光和近场光区分开，最后所需要的近场光经过物镜B9，由光电接收器10接收后，输入图像显示系统。本发明采用入射-聚集型方式有利于将远场光斑聚焦到V 型槽内，增加纳米光源强度，提高近场光信号的信噪比。该近场光产生和收集方式也将探针的结构信息与远近反射光相位联系起来。通过合理设计探针结构以及控制探针与样品之间的距离，可以有效抑制远场光强。

Claims (4)

1.一种近场偏振光扫描探针显微镜，具有一条近场光学探测光路，其特征在于：所述近场光学探测光路中由He-Ne激光器发出的一束线偏振光依次经过四分之一波片A（2）、分光棱镜（3）、物镜A（4）、探针（5）至载物台形成近场光学光路；从探针（5）反射的反射光依次经过物镜A（4）、分光棱镜（3）、四分之一波片B（7）、格兰泰棱镜（8）、物镜（9），由光电接收器（10）接收至图像显示系统。
2.根据权利要求1所述的近场偏振光扫描探针显微镜，其特征在于：所述探针（5）背面设有V 型槽，V 型槽内涂有一层金属薄膜，用于激光聚焦到V 型槽内时，在探针表面有等离子体溢出在尖端形成纳米光源，从而采集样品（6）的光学信息。
3.根据权利要求1所述的近场偏振光扫描探针显微镜，其特征在于：所述格兰泰棱镜（8），用于将反射光中相位不同的远场光和近场光区分开。
4.根据权利要求1所述的近场偏振光扫描探针显微镜，其特征在于：所述四分之一波片A（2），用于将线偏振光转换为圆偏振光。
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