CN1515890A - 光谱偏移式纳米近接装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光谱偏移式纳米近接装置，其主要包括宽频光源、导光单元及光接收单元。宽频光源发射具有第一中心波长的宽频光至导光单元，导光单元通过一探头单元将宽频光照射待测物。待测物产生具有第二中心波长的偏移光，并经原光路返回导光单元而由光接收单元予以接收，继而光接收单元依据光谱偏移的特性曲线与第一中心波长及第二中心波长的差值，求出探头单元与待测物的距离。利用此差值来回授控制探头单元的位移驱动单元，来调整探头单元与待测物的近场距离。

Description

光谱偏移式纳米近接装置

技术领域

本发明涉及一种纳米近接定位装置，尤其是指一种光谱偏移式纳米近接装置，其可整合于现有的扫瞄式近场光学显微镜(SNOM)，应用于兆位元组(Terabyte)储存技术中的光学读取头、纳米光学检测平台、光纤阵列探头等装装置。

背景技术

在结构物的检测和制程诊断上，光学和光谱方法提供了待测样品的相当丰富的信息，例如：其化学组成、应力、极性、键结及其他参数，是材料制程研发不可或缺的工具。然而在进行纳米尺度的量测时，一般光学或光谱检测仪器受限于光绕射极限，无法将光点聚集至纳米等级，因此必须整合光纤探头进入显微镜中，以近场光学的方式突破此限制，而以扫描式近场光学显微镜(Scanning Near-field Optical Microscope，SNOM)来执行量测。

在光纤探头纳米近接下，才能将光点聚集或感测范围缩小至纳米等级，来量测样品纳米尺度下的光学和光谱特性。公知的纳米近接量测方法是使用一震动机制将光纤探针作周期性的震动，当震动的相位变化与振幅减小时，即可知该探针已接近待测物到纳米等级。但是为了要达到此一要求必须有一震动机构、振幅与相位的检测装置，因此在光学式纳米量测探头上，不但必须同时具备光学量测的近场光纤探针导光机制，还需同时具备机械震动与检测装置，因为必须同时具备两种检测机制，因此不但体积大、价格昂贵、方法复杂、且有可能碰触样品而造成损伤，限制了近场光谱检测技术的发展。

发明内容

本发明的主要目的是在提供一种光谱偏移式纳米近接装置，能提供架构简单、成本低及容易整合的近接定位装置。

为达成上述目的，本发明一种光谱偏移式纳米近接装置，是用以量测一待测样品，该近接定位装置主要包括：

一宽频光源，是产生一宽频光，该宽频光具有一第一中心波长；

一导光单元，是包含一探头单元，并接收该宽频光，供该宽频光照射该待测样品，并由该待测样品产生一偏移光，该偏移光具有一第二中心波长；以及

一光接收单元，是接收该偏移光，并依据该第一中心波长与该第二中心波长的差值计算出该探头单元与该待测样品的距离。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其中该导光单元包括一检测光纤与一位移驱动单元，该检测光纤是与该探头单元相连接，且该检测光纤固定于该位移驱动单元上，供该位移驱动单元控制该探头单元与该待测样品的距离。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其中该位移驱动单元是与该光接收单元相连接，供该光接收单元对该待测样品距离的计算读取，以进行回授控制该探头单元与该待测样品的距离。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其中该检测光纤是为多模光纤。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其中该光接收单元包括一接收光纤与一光检测器，该接收光纤用以接收该偏移光，并将其导光至该光检测器，以获得该第一中心波长与该第二中心波长的差值。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其更包括一运算单元，以求出该探头单元与该待测样品的距离。

所述的光谱偏移式纳米近接装置，其更包括一分光单元，该分光单元位于该宽频光源与该导光单元之间，供分离该宽频光与该偏移光。其中该分光单元是为双色分光镜。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的系统架构示意图。

图2是本发明一较佳实施例的宽频光中心波长偏移示意图。

图3是本发明一较佳实施例的中心波长偏移与近接距离的相关特性曲线。

具体实施方式

有关本发明的较佳实施例，敬请参照图1显示的系统架构图，其主要由宽频光源1、分光单元2、导光单元3及光接收单元4等主要构件所组成。其中，导光单元3包含探头单元31、检测光纤32、位移驱动单元33及光耦合器34。光接收单元4包含接收光纤41、光检测器42、运算单元43及光耦合器44。

于本实施例中，分光单元2较佳为双色分光镜。探头单元31较佳为光纤探头，检测光纤32较佳为多模光纤，探头单元31与检测光纤32较佳为一体。位移驱动单元33较佳为压电位移驱动控制元件。接收光纤41较佳为多模光纤，运算单元43较佳为一微处理器。

宽频光源1产生一具有第一中心波长的宽频光(中心波长是指强度最大的波长)，入射至分光单元2，并由分光单元2反射至导光单元3的光耦合器34。光耦合器则34将宽频光耦合至检测光纤32，以使得宽频光经由导光单元3照射在移动载台5上的待测物51上。其中，检测光纤单元32设于位移驱动单元33上，供位移驱动单元33能够调整探头单元31与待测物51的距离。

宽频光照射待测物51后，将由待测物51反射而产生一具有第二中心波长的偏移光，其中，第二中心波长相对于第一中心波长偏移至少一纳米(nano-meter)。偏移光将经由原来的光路而回到检测光纤32，并透射分光单元2，继而经由光耦合器44耦合至接收光纤41，并由光检测器42予以检测而获得一光谱偏移量，即第一中心波长与第二中心波长的相对偏移量。

由于在光源同调(Source Correlation)的基础上，偏移光与宽频光中心波长的差值dl，在纳米近接的情况下会随着探头单元31与待测物51的距离而变化，如图2所示。根据渥夫(Wolf)所提出的光谱偏移理论，探头单元31和待测物51间的距离(z)，与中心波长偏移量dl为一特定关系，有关其特性曲线图请参照图3。其中Zd为特定距离常数，lo为入射光中心波长。

因此，光检测器42获得光谱偏移量(中心波长差值)后将其送至一运算单元43，供运算单元43依据图3显示的特性曲线与光谱偏移量而计算出探头单元31与待测物51的距离，并将距离信息回馈(Feedback)给位移驱动单元33，供回授控制探头单元31纳米近接距离，即再次调整探头单元31与待测物51的距离，以量测待测物51纳米尺度下的光学和光谱特性。

由以上的说明可知，本发明利用宽频光源发射一具有第一中心波长的宽频光，并通过检测光纤及探头单元而使得宽频光照射待测物，供由待测物反射具有第二中心波长的偏移光，以由光检测器接收而获得光谱偏移量，运算单元则依据光谱偏移量与光谱偏移理论的特性曲线，求出探头单元与待测物的距离，位移驱动单元回授控制检测光纤的探头与待测物的距离，以提供架构简单、成本低及容易整合的近接定位装置。

上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求书为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (8)

1、一种光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：是用以量测一待测样品，该近接装置主要包括：

一宽频光源，是产生一宽频光，该宽频光具有一第一中心波长；

一导光单元，是包含一探头单元，并接收该宽频光，供该宽频光照射该待测样品，并由该待测样品产生一偏移光，该偏移光具有一第二中心波长；

一光接收单元，是接收该偏移光，并依据该第一中心波长与该第二中心波长的差值计算出该探头单元与该待测样品的距离。

2、根据权利要求1所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其中该导光单元包括一检测光纤与一位移驱动单元，该检测光纤是与该探头单元相连接，且该检测光纤固定于该位移驱动单元上，供该位移驱动单元控制该探头单元与该待测样品的距离。

3、根据权利要求2所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其中该位移驱动单元是与该光接收单元相连接，供该光接收单元对该待测样品距离的计算读取，以进行回授控制该探头单元与该待测样品的距离。

4、根据权利要求2所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其中该检测光纤是为多模光纤。

5、根据权利要求1所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其中该光接收单元包括一接收光纤与一光检测器，该接收光纤用以接收该偏移光，并将其导光至该光检测器，以获得该第一中心波长与该第二中心波长的差值。

6、根据权利要求5所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其更包括一运算单元，以求出该探头单元与该待测样品的距离。

7、根据权利要求1所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其更包括一分光单元，该分光单元位于该宽频光源与该导光单元之间，供分离该宽频光与该偏移光。

8、根据权利要求7所述的光谱偏移式纳米近接装置，其特征在于：其中该分光单元是为双色分光镜。

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