CN114397481A - 基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于显微成像技术领域，提供了一种基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统；其中检测系统包括基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及由激光器、准直器、检测物镜、锁相放大器组成的耦合光路。扫描显微系统采用被动式纳米探针，保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势。其理论收集效率为4.65‰，相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级；而后通过硫化镉纳米线与锥形微光纤探针之间高效的倏逝场耦合将检测的光强信号传输到远场进行光电探测，最终实现对目标样品形貌的分析成像，其样品宽度测量误差在7.28％以内。检测系统可实现对有源样品近场信息的探测。

Description

基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统

技术领域

本发明属于显微成像技术领域，具体涉及一种基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统。

背景技术

显微技术实现了人类在微米甚至纳米量级的视觉分辨，极大地促进了对光与物质的相互作用研究以及微结构信号探测等技术的发展。而低成本、高分辨率的成像系统对于人类在生物科学和材料科学等领域的样品研究具有重要意义。

近场扫描光学显微镜技术结合近场扫描结构和光电探测思路，保留了传统光学显微镜测试条件灵活且无损的优势，并且可突破其衍射限制。光学探针是近场扫描光学显微镜的核心部件，经过多年的探索已经发展出多种近场探针，如纳米发光探针、单金纳米颗粒或者硅纳米颗粒修饰的近场探针、多纳米颗粒修饰近场探针等。然而这些近场探针制备复杂，且需要搭建精准的激发光路，系统复杂度和难度都很高。在实际应用中，仍然需要探索制备工艺成熟、系统复杂度低、操作简单的近场光学扫描显微系统。

作为近场探针的修饰材料，一维纳米线材料的制备工艺更成熟，并且更易于与微光纤结构进行高效耦合。其中金属银纳米线由于良好的单晶结构且制备简单、成本低，是广泛使用的纳米波导材料之一。银纳米线修饰的近场发光探针也成为一种新型的探针结构，目前已经实现了高达1nm的拉曼增强光谱分辨率。但由于系统采用隧穿电流反馈系统，在近场扫描过程中需要始终保持探针和样品的导电性；并且银纳米线易氧化，系统的测试条件十分苛刻。上述纳米探针均采用主动发光方式，即需要外部激光激发纳米粒子或纳米线形成倏逝场，为扫描系统提供检测光源。并且为了实现探针与样品表面物理场的相互作用，需要严格控制待测样品与探针之间的距离。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种结构简单、制备工艺成熟、制作成本低、操作简单的被动式近场扫描显微系统，实现对精细结构的精确成像以及探测微纳光纤倏逝场，实现对微纳光纤倏逝场的实时且无损检测，极大降低近场扫描显微系统的制作成本。

本发明提供了一种基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，用于对目标样品扫描成像，具有这样的特征，包括：扫描位移台部，用于放置目标样品；显微成像部，包括宽谱光源，位于扫描位移台的上方，目标样品在宽谱光源的照射下形成远场反射成像；探针部，包括复合探针，该复合探针包括通过静电力和范德华力吸附在一起的半导体纳米线和锥形微光纤探针，位于扫描位移台及显微成像部之间，用于探测目标样品在宽谱光源的照射下反射其表面的光强变化信号；信号转换部，与探针部通信连接，将光强变化信号转换成电压变化信号；控制处理部，与扫描位移台部及信号转换部通信连接，根据显微成像部的远场反射成像从而控制扫描位移台部的移动，并根据电压变化信号得到目标样品的成像结果。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，显微成像部包括宽谱光源、物镜模块及成像模块，物镜模块将宽谱光源发出的宽谱光聚焦到目标样品上，成像模块对目标样品成像得到远场反射成像。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，锥形微光纤探针通过单模光纤与信号转换部连接，且锥形微光纤探针与单模光纤一体成型。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，半导体纳米线的宽度50nm～800nm，高度50nm～80nm，长度5μm～30μm，锥形微光纤探针靠近目标样品的一端为尖端，针尖直径10nm～500nm，半导体纳米线的尖端伸出锥形微光纤探针的尖端约0.5μm～20μm。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，半导体纳米线为硫化镉纳米线、硒化镉纳米线或氧化锌纳米线中的任意一种。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，宽谱光源为卤素灯，宽谱光源发出的宽谱光的波长为400nm～750nm。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，控制处理部为上位机，扫描位移台部包括通信连接的扫描位移台控制器及三维移动扫描台，目标样品放置在三维移动扫描台上，扫描位移台控制器与上位机通信连接。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统中，还可以具有这样的特征：其中，飞瓦探测器通过单模光纤与锥形微光纤探针远离目标样品的一端连接，将光强变化信号转换成电压变化信号，电压变化信号经过电放大器进入示波器，示波器与控制处理部电连接；探针部包括复合探针及探针固定台，探针固定台为三维移动平台，用于固定复合探针。

本发明还提供了一种基于复合探针的被动式近场光学检测系统，用于检测待测样品的倏逝场强度变化，具有这样的特征，包括：激光器，用于发射通过待测样品的激光；准直器，用于对激光进行准直；检测物镜，用于将激光耦合入待测样品；锁相放大器，用于调制激光的频率；扫描位移台部，用于放置待测样品；显微成像部，包括宽谱光源，位于扫描位移台的上方，检测样品在宽谱光源的照射下形成远场反射成像；探针部，包括复合探针，该复合探针包括通过静电力和范德华力吸附在一起的半导体纳米线和锥形微光纤探针，位于扫描位移台及显微成像部之间，用于探测待测样品在宽谱光源的照射下其表面反射的光强变化信号；信号转换部，与探针部通信连接，将光强变化信号转换成电压变化信号；控制处理部，与扫描位移台部、信号转换部及锁相放大器分别通信连接，根据显微成像部的远场反射成像从而控制扫描位移台部的移动，并根据电压变化信号得到待测样品的倏逝场变化结果。

在本发明提供的基于复合探针的被动式近场光学检测系统，还可以具有这样的特征：其中，待测样品为纳米线、波导或全反射棱镜中的任意一种。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统，由于扫描显微系统采用被动式纳米探针，保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势，因此其理论收集效率为4.65‰，相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级，可有效提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力；而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合将检测的光强信号传输到远场进行光电探测，最终实现对目标样品形貌的分析成像，其样品宽度测量误差在7.28％以内。该系统不需要外部激发光路，利用显微镜自身光源进行远场照明，被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统。基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案，可有效降低探针的制备难度和目标光场的检测难度，简化扫描成像的结构，为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路。

照明光源是宽谱光源，不需要复杂的探针激发光路，极大简化系统光路设计，避免了近场检测的激发光干扰；同时CdS纳米线通过对样品表面反射光的强束缚能力提高了对其表面形貌的探测能力，而后收集的光信号通过倏逝场耦合进锥形微光纤，传输至远场进行光电检测。相比于发光探针结构，该光学探针采用被动式检测，可降低对探针-样品间距的控制需求，并且显著降低了探测系统的结构设计复杂度；相比于常规使用的近场扫描锥形光纤探针结构，纳米线针尖与样品表面光场具有更强的相互作用，因此具有更高的检测能力。

因此被动式近场光学扫描显微系统具有结构简单、制备工艺成熟、制作成本低、操作简单的优点。本发明的被动式近场光学扫描显微系统最大的特点是应用范围广，没有苛刻的测量条件，对探针-样品距离要求可高至百纳米级别。利用该系统可实现对精细结构的精确成像，也可实现对样品有源近场信息的探测，说明本发明的被动式近场光学扫描显微系统可实现对有源、无源样品近场信息的探测。

附图说明

图1是本发明的实施例1中的被动式近场光学扫描系统的装置示意图；

图2是本发明的实施例1中的半导体纳米线/锥形微光纤探针在暗场显微镜下的图像；

图3是本发明的实施例1中的被动式近场光学扫描系统的扫描探测部分示意图；

图4是本发明的实施例1中的的衬底上样品和衬底的反射率随波长变化对比图；

图5是本发明的实施例1中的硒化镉纳米带样品扫描成像平面结果图；

图6是本发明的实施例1中的硒化镉纳米带样品扫描成像三维结果图；

图7是本发明的实施例1中的硒化镉纳米带样品宽度测量结果图；

图8是本发明的实施例2中的被动式近场光学检测系统的结构示意图；

图9是本发明的实施例2中的微纳光纤倏逝场示意图；

图10是本发明的实施例2中的微纳光纤yz截面倏逝场强度变化的实验值与理论值对比图；

图11是本发明的实施例2中的微纳光纤xy截面倏逝场强度变化的实验值与理论值对比图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统作具体阐述。

<实施例1>

本实施例对基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统(以下简称被动式近场光学扫描系统)100做详细阐述。

图1是本发明的实施例中的被动式近场光学扫描系统的装置示意图；图2是本发明的实施例中的半导体纳米线/锥形微光纤探针在暗场显微镜下的图像；图3是本发明的实施例中的被动式近场光学扫描系统的扫描探测部分示意图。其中，图3为图2中虚线所框出的A部分的省略了成像模块的放大示意图。

如图1-3所示，以下简称被动式近场光学扫描系统100用于对目标样品60扫描成像，包括扫描位移台部、显微成像部20、探针部、信号转换部、控制处理部50。其中控制处理部50为上位机，即电脑端。

扫描位移台部用于放置待检测形貌的目标样品60，包括通信连接的扫描位移台控制器11及三维移动扫描台12。目标样品60放置在三维移动扫描台12上，扫描位移台控制器11与上位机通信50连接。

显微成像部20位于扫描位移台的上方，包括从上至下依次为宽谱光源21、物镜模块22及成像模块(图中未显示)。物镜模块22将宽谱光源21发出的宽谱光聚焦到目标样品上，目标样品在宽谱光源21的照射下形成远场反射成像。也就是成像模块对目标样品成像得到目标样品的远场反射成像即显微成像。宽谱光源21作为扫描成像系统的照明光源，同时也是目标样品60反射光的光源。

在本实施例中，宽谱光源为卤素灯，宽谱光源发出的宽谱光的波长为400nm～750nm。在实际应用中，可以根据需求控制在其他波段，只要信号能被探针探测到即可。

另外，在本实施例中，物镜模块采用Nikon的50倍物镜，成像模块为Nikon的DS-Ri1型号CCD相机。

探针部包括复合探针31及探针固定台32。探针固定台32为三维移动平台，用于固定复合探针(半导体纳米线/微光纤探针)31。

复合探针31位于扫描位移台及显微成像部之间，包括通过静电力和范德华力稳定地吸附在一起的半导体纳米线311和锥形微光纤探针312。半导体纳米线311探测目标样品60在宽谱光源21的照射下其表面的光强变化信号然后进入锥形微光纤探针312。

半导体纳米线311为硫化镉纳米线、硒化镉纳米线或氧化锌纳米线中的任意一种。在本实施例中，半导体纳米线311的宽度50nm～800nm，高度50nm～80nm，长度5μm～30μm。

锥形微光纤探针312靠近目标样品60的一端为尖端，针尖直径10nm～500nm，半导体纳米线311的尖端向目标样品60的方向伸出锥形微光纤探针312的尖端约0.5μm～20μm。

锥形微光纤探针312由单模光纤或多模光纤的一端经过火焰加热法拉制，是单模光纤或多模光纤的锥角急剧发生变化一段光纤，和半导体纳米线311间通过倏逝场耦合进行信号传输。锥形微光纤312的直径快速变化。

在本实施例中，锥形微光纤探针312由标记为第一单模光纤44的单模光纤的一端拉制而成，针尖的直径为10纳米～500纳米。

信号转换部将锥形微光纤探针312传输过来的光强变化信号转换成电压变化信号，包括依次通信连接的飞瓦探测器41、电放大器42及示波器43。电放大器42为具有放大信号的程序的单片机。

飞瓦探测器41通过第一单模光纤44与锥形微光纤探针312远离目标样品60的一端连接，将光强变化信号转换成电压变化信号，电压变化信号经过电放大器42进入示波器43，示波器43与控制处理部50电连接。

控制处理部50根据显微成像部20的远场反射成像从而控制扫描位移台的移动，并根据电压变化信号得到目标样品60的成像结果。

在本实施例中，复合探针(半导体纳米线/锥形微光纤探针)为自制，制备半导体纳米线/锥形微光纤探针的方法如下：

步骤一：根据气相法原理，用管式高温炉生长半导体纳米线311；

步骤二：使用火焰加热法将单模光纤一端拉制成锥形微光纤探针312，针尖直径约10～500纳米；

步骤三：用固定在三维调节架上的光纤探针将宽度50nm～800nm，高度50nm～80nm，长度约5微米～30微米的半导体纳米线311挑起来放在拉制好的锥形微光纤探针312上，纳米线尖端伸出微光纤探针尖端约0.5微米～20微米，两者通过静电力和范德华力紧密结合在一起，制成半导体纳米线/锥形微光纤复合探针。

在本实施例中，制备锥形微光纤探针的方法可以是化学腐蚀法、二氧化碳激光器加热法及氢气火焰法等方法，只要能制备导光性能良好的锥形微光纤探针即可。制备半导体纳米线的方法可以是模板法、水热法等方法，可根据实际情况选择相应的方法。

被动式近场光学扫描系统100的使用方法如下：

步骤一：在三维移动扫描台12的硅衬底121上放置目标样品硒化镉纳米带，手动调节三维移动扫描台12使目标样品的位置调整处于物镜焦面上。

步骤二：将制备好的复合探针用铜棒固定在三维调节架即探针固定台32上，复合探针的一端通过第一单模光纤44与飞瓦探测器41连接，飞瓦探测器41经过电放大器42和示波器43连接。

步骤三：将复合探针调整到距离目标样品表面合适的高度的高度处并保持探针位置不动。固定的复合探针与目标样品之间呈夹角θ，避免出现位置抖动。

步骤四：用上位机程序控制扫描范围以及记录实验数据。在本实施例中，在上位机程序上设置8微米*1微米的扫描范围，扫描步长设置为20纳米。

扫描结果可绘制成对硒化镉纳米带的直观表征平面图，如图5；也可以绘制成图6的三维图，可根据强度差判断硒化镉纳米带的厚度，还可以从扫描结果直接绘制出图7的宽度结果图，得到硒化镉纳米带的精确宽度为2.89微米。

在本实施例中，目标样品60为硒化镉纳米带，也可以是其他半导体纳米线/纳米带、金属纳米线/纳米带/纳米片等，可根据实验测量需要更换相应的固体样品，例如：金属片、一个颗粒、金属带，并不限制于形状。

在本实施例中，衬底材料为硅，也可以换成二氧化硅、氟化镁、氮化硅等其他衬底，对衬底并没有特殊要求，只要保证衬底与样品对光的反射能力不同即可，当有多种衬底可供选择时，首选与样品对反射能力差别大的那款。

在本实施例中，探针距离样品表面高度为230纳米，也可根据需要控制在10～600纳米，以适应更多情况。

在本实施例中，设置扫描范围为8微米*1微米，扫描步长设置为20纳米，可根据需要设置合适的扫描范围与步长，以适应更多情况。

图4是衬底上样品和衬底的反射率随波长变化对比图，衬底是硅，样品是硒化镉纳米带，硅衬底上的硒化镉纳米带可以视作硅衬底上的单层膜，利用单层膜模型和菲涅尔公式计算得出硅衬底和硅衬底上硒化镉纳米带对垂直入射光的反射能力不同，因此探针在衬底上方和硒化镉纳米带上方探测到的光信号不同，根据这种差异可以实现对硒化镉纳米带扫描成像。

另外，本实施例还进行了该复合探针与传统锥形光纤探针的测量结果实验，对比数据见下表1

表1 CdS纳米线/锥形微光纤探针与传统锥形光纤探针测量结果对比

CdS纳米线通过对样品表面反射光的强束缚能力提高了对其表面形貌的探测能力，而后收集的光信号通过倏逝场耦合进锥形微光纤，传输至远场进行光电检测。由于CdS纳米线的高折射率，提高了探针对待测光场的束缚能力，实现了4.65‰的理论探针收集效率，相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级。最终通过光强变化实现对目标样品的扫描成像，测量误差降低为4.71％-7.28％。该方案相比于纳米发光探针方案，降低了探针的制备难度和系统整体检测结构的复杂性；相比传统的锥形光纤探针方案，扫描成像精度提高了约3倍。此外，实验结果还表明该被动式扫描探针与样品夹角θ的增加会降低系统的成像精度，但是纳米线/锥形微光纤探针的检测精度总是高于传统锥形光纤探针。此外，实验方案中较大的显微聚焦照明区域也避免了光斑面积对成像范围的限制，其成像范围仅由纳米位移台的行程决定。该被动式近场光学扫描方案的系统结构更加简洁，操作也更简单，为以后的近场光学扫描显微系统的改进提供了新思路。

<实施例2>

本实施例对基于复合探针的被动式近场光学检测系统200，以下简称被动式近场光学检测系统200做具体阐述。

图8是本发明的实施例2中的被动式近场光学检测系统的结构示意图。

如图8所示，被动式近场光学检测系统200用于测量待测样品的倏逝场。由于测量倏逝场必须使激光通过微纳光纤使其表面存在倏逝场，因此在扫描系统100外搭建了耦合光路。也就是被动式近场光学检测系统200包括实施例1中的被动式近场光学扫描系统100以及由激光器201、准直器202、检测物镜203、锁相放大器204组成的耦合光路。在本实施例中，待测样品为微纳光纤，也可以测量纳米线、波导、全反射棱镜表面等有源样品的倏逝场及其他近场信息，以适应更多情况。

激光器201出射的激光经过一对银镜即准直器202准直之后，通过检测物镜203将空间光耦合进第二单模光纤205中，再将第二单模光纤205末端利用火焰加热法拉制成待测的微纳光纤，然后将置于MgF₂衬底上的微纳光纤放在扫描系统100下测量其倏逝场。

为了尽量减少激光功率波动的影响，利用锁相放大器调制激光频率，减少光源功率波动的影响；将锁相放大器204另一端口与示波器43连接，利用锁相放大器内部的外差干涉检测功能将信号光之外的杂散光滤除，减少干扰。暴露在空气里的微纳光纤213极易吸附灰尘等杂质在微纳光纤上引入散射点，对于测量造成很大干扰，为了解决这一问题，将放置在MgF₂衬底212上的微纳光纤固定在载玻片上，并将载玻片放在一个带有盖子的3D打印的塑料盒里，盖子上留有一个用盖玻片盖住的方孔，避免灰尘等落在微纳光纤上形成散射点。

图9是微纳光纤倏逝场示意图，激光器201发出的激光光源211从微纳光纤213一端进入，微纳光纤213放置在氟化镁衬底212上，右侧是坐标示意图。

具体地，本实施例中的被动式近场光学检测系统使用如下：

步骤一：将第二单模光纤205的一端拉制成微纳光纤213，另一端通入经锁相放大器204调制过的633纳米的激光B；

步骤二：将微纳光纤213放置在氟化镁衬底212上，并将氟化镁衬底212放置在扫描位移台上；

步骤三：将复合探针31调整到距离微纳光纤213表面合适的高度处并保持复合探针31位置不动；

步骤四：在上位机程序上设置扫描范围和扫描步长，控制上位机程序分别对微纳光纤yz截面和xy截面的倏逝场进行扫描测量。

如图10，微纳光纤倏逝场强度随微纳光纤表面高度增加呈指数型衰减，实验测值与理论值重合度高；同样测量了图11微纳光纤xy截面的倏逝场强度分布，实验值也与理论值吻合，证明本发明的被动式近场光学扫描系统也可以应用到倏逝场测量上，还可以通过测量倏逝场变化来计算出微纳光纤的损耗。

在本实施例中，光源使用的是波长为633纳米的光源，可以根据实验需求选用其他波段的光源，只要能被探针探测到即可。

在本实施例中，扫描范围和扫描步长的设置均可以根据需要设置合适的扫描范围与步长，以适应更多情况。

在本实施例中，衬底材料是氟化镁衬底，也可根据实验需求选择其他衬底，以适应更多情况。

实施例的作用与效果

根据本发明的实施例所涉及的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统及检测系统。扫描显微系统采用被动式纳米探针，保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势。其理论收集效率为4.65‰，相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级，可有效提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力；而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合将检测的光强信号传输到远场进行光电探测，最终实现对目标样品形貌的分析成像，其样品宽度测量误差在7.28％以内。该系统不需要外部激发光路，利用显微镜自身光源进行远场照明，被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统。基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案，可有效降低探针的制备难度和目标光场的检测难度，简化扫描成像的结构，为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路。

使用显微镜自带光源做照明，不需要复杂的探针激发光路，避免了近场检测的激发光干扰；同时CdS纳米线通过对样品表面反射光的强束缚能力提高了对其表面形貌的探测能力，而后收集的光信号通过倏逝场耦合进锥形微光纤，传输至远场进行光电检测。相比于发光探针结构，该光学探针采用被动式检测，可降低对探针-样品间距的控制需求，并且显著降低了探测系统的结构设计复杂度；相比于常规使用的近场扫描锥形光纤探针结构，纳米线针尖与样品表面光场具有更强的相互作用，因此具有更高的检测能力。

另外，照明光源是宽谱光源，极大简化系统光路设计，降低探测系统去噪要求，降低系统复杂度。因此被动式近场光学扫描显微系统具有结构简单、制备工艺成熟、制作成本低、操作简单的优点。本发明的被动式近场光学扫描显微系统最大的特点是应用范围广，没有苛刻的测量条件，对探针-样品距离要求可高至百纳米级别。利用该系统可实现对精细结构的精确成像，也可实现对样品有源近场信息的探测，说明本发明的被动式近场光学扫描显微系统可实现对有源、无源样品近场信息的探测。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，用于对目标样品扫描成像，其特征在于，包括：

扫描位移台部，用于放置所述目标样品；

显微成像部，包括宽谱光源，位于所述扫描位移台的上方，所述目标样品在所述宽谱光源的照射下形成远场反射成像；

探针部，包括复合探针，该复合探针包括通过静电力和范德华力吸附在一起的半导体纳米线和锥形微光纤探针，位于所述扫描位移台及所述显微成像部之间，用于探测所述目标样品在所述宽谱光源的照射下反射其表面的光强变化信号；

信号转换部，与所述探针部通信连接，将所述光强变化信号转换成电压变化信号；

控制处理部，与所述扫描位移台部及所述信号转换部通信连接，根据所述显微成像部的所述远场反射成像从而控制所述扫描位移台部的移动，并根据所述电压变化信号得到所述目标样品的成像结果。

2.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述显微成像部包括所述宽谱光源、物镜模块及成像模块，所述物镜模块将所述宽谱光源发出的宽谱光聚焦到所述目标样品上，所述成像模块对所述目标样品成像得到所述远场反射成像。

3.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述锥形微光纤探针通过单模光纤与所述信号转换部连接，且所述锥形微光纤探针与所述单模光纤一体成型。

4.根据权利要求3所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述半导体纳米线的宽度50nm～800nm，高度50nm～80nm，长度5μm～30μm，所述锥形微光纤探针靠近所述目标样品的一端为尖端，针尖直径10nm～500nm，

所述半导体纳米线的尖端伸出所述锥形微光纤探针的尖端约0.5μm～20μm。

5.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述半导体纳米线为硫化镉纳米线、硒化镉纳米线或氧化锌纳米线中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述宽谱光源为卤素灯，所述宽谱光源发出的宽谱光的波长为400nm～750nm。

7.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述控制处理部为上位机，

所述扫描位移台部包括通信连接的扫描位移台控制器及三维移动扫描台，

所述目标样品放置在所述三维移动扫描台上，所述扫描位移台控制器与所述上位机通信连接。

8.根据权利要求1所述的基于复合探针的被动式近场光学扫描显微系统，其特征在于：

其中，所述信号转换部包括依次通信连接的飞瓦探测器、电放大器及示波器，

所述飞瓦探测器通过单模光纤与所述锥形微光纤探针远离所述目标样品的一端连接，将所述光强变化信号转换成所述电压变化信号，所述电压变化信号经过电放大器进入示波器，所述示波器与所述控制处理部电连接；

所述探针部包括所述复合探针及探针固定台，所述探针固定台为三维移动平台，用于固定所述复合探针。

9.一种基于复合探针的被动式近场光学检测系统，用于检测待测样品的待测样品的倏逝场强度变化，其特征在于，包括：

激光器，用于发射通过所述待测样品的激光；

准直器，用于对所述激光进行准直；

检测物镜，用于将所述激光耦合入所述待测样品；

锁相放大器，用于调制所述激光的频率；

扫描位移台部，用于放置所述待测样品；

显微成像部，包括宽谱光源，位于所述扫描位移台的上方，所述检测样品在所述宽谱光源的照射下形成远场反射成像；

探针部，包括复合探针，该复合探针包括通过静电力和范德华力吸附在一起的半导体纳米线和锥形微光纤探针，位于所述扫描位移台及所述显微成像部之间，用于探测所述待测样品在所述宽谱光源的照射下其表面反射的光强变化信号；

信号转换部，与所述探针部通信连接，将所述光强变化信号转换成电压变化信号；

控制处理部，与所述扫描位移台部、所述信号转换部及所述锁相放大器分别通信连接，根据所述显微成像部的所述远场反射成像从而控制所述扫描位移台部的移动，并根据所述电压变化信号得到所述待测样品的倏逝场变化结果。

10.根据权利要求9所述的基于复合探针的被动式近场光学检测系统，其特征在于：

其中，所述待测样品为纳米线、波导或全反射棱镜中的任意一种。

Images