DE102007063066A1

DE102007063066A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung einer Probe mit zwei oder mehr optischen Fallen

Info

Publication number: DE102007063066A1
Application number: DE102007063066A
Authority: DE
Inventors: Jacob Kerssemakers; Detlef Knebel; Reinhard Schneider; Jörn KAMPS; Torsten JÄHNKE; Helge Dr. Eggert
Original assignee: LPI Light Power Instruments GmbH
Current assignee: Bruker Nano GmbH
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-12-24
Also published as: US20100251437A1; US20110302676A1; WO2008145110A1; WO2008145109A1; DE102007063065A1; US8415613B2; WO2008145108A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen einer Probe mittels Rasterphotonenmikroskopie oder Lichtkraftmikroskopie, sowie eine entsprechend eingerichtete Vorrichtung. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung sieht zwei optische Fallen vor, die in einem örtlichen Bereich der Probe bewegbar sind, wobei in wenigstens einer der beiden Fallen eine Sonde gefangen ist. Die Probe wird mit beiden Fallen gescannt und die Messdaten aus beiden Fallen werden getrennt erfasst und durch Korrelation ausgewertet. Durch das Verfahren lassen sich insbesondere Störsignale, die aus einer Wechselwirkung zwischen Probe und Lichtfalle resultieren, eliminieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung von Eigenschaften einer Probe mittels eines Rastersondenverfahren, insbesondere mit einem „Photonic force microscope" (PFM), auch Lichtkraftmikroskop genannt.
Hintergrund der Erfindung
Das PFM ist ein Rastersondenverfahren, bei dem die Sonde durch ein Partikel oder eine Vielzahl von Partikeln, die in einer optischen Falle gefangen sind, dargestellt wird. Die optische Falle erfüllt dabei die Rolle des Cantilevers, wie er aus der Rasterkraftmikroskopie bekannt ist. Die Position der optischen Falle kann dabei durch bewegliche oder veränderliche optische Elemente im Strahlengang (Akustooptische Deflektoren (AOD), galvanisch aufgehängte Spiegel, Spatial light modulators (SLM), Piezoelektrisch aufgehängte Spiegel) geändert werden. Weiterhin kann die Position eines gefangenen Partikels oder einer Mehrzahl von gefangenen Partikeln durch ein Detektionssystem bestimmt werden. Hierbei unterscheidet man grundsätzlich zwei Methoden. Bei der Back Focal Plane Interferometry wird die Interferenz des vom Partikel gestreuten Lichtes mit dem transmittierten Licht genutzt, um die genaue dreidimensionale Position des Partikels innerhalb des Fokusvolumens der optischen Falle zu erhalten. Messsignal sind dabei die Intensität des transmittierten Lichts, sowie die Differenzsignale einer Quadrantenphotodiode (QPD). Daneben existiert noch das Verfahren der Videomikroskopie, bei der die Erkennung der Bewegung der Partikel mittels computergestützter Bilderkennung eines beispielsweise durch eine CCD-Kamera aufgezeichneten Videos geschieht.
Aus der Patentschrift US 6,833,923 ist ein Lichtkraftmikroskop bekannt, bei dem das Detektionssystem auf der beschriebenen interferrometrischen Messmethode beruht.
Den geschilderten Detektionssystemen ist gemeinsam, dass die Detektion auf Interaktion des Lichtes, das die optische Falle bildet, mit dem Partikel innerhalb der optischen Falle beruht. Eine Interaktion dieses Lichtes mit der Probe ist unerwünscht, kann aber nicht vermieden werden. So führen örtliche Änderungen in Brechungsindex und/oder Absorptionskoeffizient der Probe zu Änderungen im Messsignal, das zur Ortsbestimmung verwendet wird. Dadurch kann es zu Fehlern in der Bestimmung der Position und/oder Bewegung des Partikels kommen. Die Störungen können dabei auch zeitlich veränderlich sein, wenn es sich dabei zum Beispiel um lebende Zellen handelt, oder aber die Probe durch Interaktion mit der Sonde verändert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches die Möglichkeiten des Rastersondenverfahrens zur Charakterisierung einer Probe erhöht. Insbesondere sollen Störungen der Probe, bzw. deren Auswirkung auf das Messergebnis, wie sie durch die Wechselwirkung zwischen dem Messaufbaus und der Probe hervorgerufen werden, verringert werden.
Gegenstand der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Probe, insbesondere mittels der Rasterphotonenmikroskopie, umfasst das Folgende:

– Erzeugen von zwei optischen Fallen durch fokussiertes Licht mit zwei Fokussierungsvolumina, die in einem örtlichen Bereich der Probe bewegbar sind, wobei in wenigstens einem der beiden Fokussierungsvolumina eine Sonde angeordnet ist,
– Scannen der Probe mit den beiden optischen Fallen durch Bewegen ihrer Fokussierungsvolumina gegenüber der Probe,
– Erfassen von Messdaten, welche der ersten optischen Falle, welche die Sonde enthält, zugeordnet sind, während des Scannens,
– Erfassen von Messdaten, welche der zweiten optischen Falle zugeordnet sind, während des Scannes,
– Auswerten der Messdaten durch Korrelieren der Messdaten, die der ersten bzw. der zweiten optischen Falle zugeordnet sind.

Wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert, sind in den Messdaten zwangsläufig Störungen enthalten, die sich aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Licht, das die optische Falle bildet, und der Probe ergeben. Die Erfindung beruht nun auf der Beobachtung, dass sich die Charakterisierung der Probe durch zwei oder noch mehr optischer Fallen verbessern lässt, indem die Messdaten, welche jeweils einer der optischen Fallen zugeordnet ist, miteinander korreliert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Korrelation der Messdaten von der ersten optischen Falle, die zu jeweils einem ersten Zeitpunkt des Scans erfasst wurden, mit den Messdaten der zweiten optischen Falle, die zu jeweils einem zweiten Zeitpunkt erfasst wurden, an dem sich das Fokussierungsvolumen der zweiten optischen Fallen an dem Ort oder an einem unmittelbar benachbarten Ort des Fokussierungsvolumens der ersten optischen Falle zum ersten Zeitpunkt befand. Durch dieses Verfahren wird jeder Ort der Probe wenigstens zweimal gemessen, nämlich durch die erste und durch die zweite optische Falle, wobei die Messung in einem verhältnismäßig kurzen zeitlichen Abstand erfolgt, z. B. innerhalb von weniger als 20 ms. Durch die Korrelation der Daten können rechnerisch systematische Messfehler, welche durch die Wechselwirkung der optischen Falle mit der Probe hervorgerufen werden, korrigiert werden. Beispielsweise können die systematischen Fehler ermittelt und durch Korrelation der Messdaten eliminiert werden, weil die Probe auf die mit einer Sonde besetzten optische Falle anders reagiert als auf eine mit keiner Sonde besetzten Falle. Ferner können die beiden optischen Fallen durch unterschiedliche Eigenschaften des verwendeten Lichts (z. B. Wellenlänge, Polarisation oder Propagationsrichtung) unterschiedlich mit der Probe einwirken. Die gemessene Wechselwirkung zwischen Sonde und Probe, wie z. B. die Von-der-Waals-Kraft zwischen Sonde und Probe, ist für beide Fallen, die jeweils mit einer Sonde, insbesondere der gleichen Sonde, besetzt sind, die Gleiche Dabei ist es von besonderem Vorteil, dass die Messungen durch die zwei optischen Fallen an jeweils dem gleichen Ort innerhalb einer kurzen Zeitspanne erfolgt, weil dadurch Fehler in der Ortbestimmung, wie sie durch eine Bewegung der Probe (z. B. eine Brown'sche Bewegung oder eine Bewegung einer lebenden Probe) weitestgehend eliminiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine der zwei optischen Fallen mit einer Sonde besetzt, während die andere optische Falle keine Sonde enthält. Dies entspricht einer Leermessung mit der zweiten optischen Falle, um die Auswirkung der Wechselwirkung zwischen Probe und Falle auf die Messdaten wie vorhergehend beschrieben, auszuschließen. Bei diesem Verfahren umfasst die Korrelation der Messdaten insbesondere eine Differenzbildung der Messdaten. Hierbei werden alle Störungen durch die Probe, die zu einer verfälschten Positionsbestimmung der Sonde führen können, beseitigt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können auch beide optische Fallen eine Sonde enthalten, entweder gleiche oder unterschiedliche Sonden. Bei der Verwendung von unterschiedlichen Sonden ist auch eine unterschiedliche Wechselwirkung zwischen Probe und Sonde gegeben, so dass sich auch dadurch hervorgerufene systematische Messfehler durch die differenzielle Messung mit beiden Fallen eliminieren lassen.
Gemäß einer Ausführungsform besitzen die Fokussierungsvolumina der beiden optischen Fallen identische Abmessungen. Diese Ausführungsform ist insbesondere bevorzugt, falls eine Falle eine Leermessung durchführt, weil dabei gewährleistet ist, dass die Störungen, die von der Falle an der Probe hervorgerufen werden, für beide Messungen die gleichen sind.
Gemäß einer Ausführungsform werden die zwei oder mehr optischen Fallen gebildet, indem zwei oder mehr unabhängige Strahlen gleichzeitig optische Fallen erzeugen, oder indem durch einen schnellen Positionswechsel einer Falle, Fallen an mehreren Positionen erzeugt werden. Der Positionswechsel der einen Falle muss dabei schnell genug sein, um Partikel bzw. eine Sonde, die sich aufgrund äußerer Einflüsse, wie z. B. der Brown'schen Bewegung, bewegen, noch im Fokussierungsvolumen vorzufinden sind. Eine optische Falle, im Sinne dieser Beschreibung, muss daher nicht durch einen zeitlich kontinuierlichen Lichtstrahl erzeugt werden. Die Repetitionsrate muss nur hoch genug sein, um eine Sonde in der Falle für einen Zeitraum, der sehr groß gegenüber der Repetitionsrate ist, z. B. 10 Minuten, einfangen zu können.
Die relative Position der Fallen zueinander ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in den drei Raumdimensionen einstellbar. Ein Beispiel zur Realisierung von mehreren Fallen, die in drei Raumrichtungen einstellbar sind, ist z. B. gezeigt in E. Fällman et al., „Applied Optics", Band 36, Nr. 10 (1997). Diese oder andere Vorrichtungen können zur Erzeugung der zwei beweglichen Fallen gemäß der Erfindung vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die relative Position auch nur in lateraler Richtung einstellbar sein. Die Bewegung der Fallen durch die Probe ist dabei auf verschiedene Weise miteinander gekoppelt.
Eine mögliche Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass eine Sonde eine Messung durchführt wie z. B. die Aufnahme einer Topographie und eine zweite Sonde eine andere Messung durchführt, wie z. B. eine chemische Abbildung. Die kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch unterschiedliche Sonden erfolgen. Hierdurch ist es möglich die Topographie von der chemischen Messung zu trennen. Sind z. B. Bindungsstellen auf einer Zelle, so waren diese ohne eine Kenntnis der Topographie insbesondere inklusive eventueller Störungen, nicht erkennbar. Durch die Verwendung von zwei oder mehr Fallen wird dabei sichergestellt, dass der zeitliche Unterschied zwischen den beiden Messungen minimal ist und so dynamische Veränderungen in der Probe die Messung nicht beeinflussen.
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht die Verwendung einer gefüllten und einer oder mehrerer leerer Fallen vor. Befindet sich in einer der Fallen eine Sonde, während die anderen leer sind, können Störungen durch die Probe aus dem Signal rechnerisch eliminiert werden, sobald die gefüllte und eine der leeren Fallen den gleichen Ort passiert haben. Der zeitliche Unterschied zwischen Passage der beiden Fallen kann dabei durch die Verwendung von zwei oder mehr unabhängigen Fallen wesentlich geringer sein, als bei Verwendung nur einer Falle.
Gemäß einer Ausführungsform werden die zwei Fallen hintereinander auf einer gemeinsamen Trajektorie bewegt, insbesondere mit einem konstanten Abstand, z. B. minimal der einfachen Wellenlänge im Medium und maximal bis zu 50 μm.
Die gekoppelte Bewegung der Fallen kann dabei vorsehen, dass sich zwei Fallen entlang der vordefinierten Trajektorie bewegen, wobei entweder die in Bewegungsrichtung vordere oder die in Bewegungsrichtung hintere Falle eine Sonde enthalten kann. Bei einer solchen Bewegung können auch beide Fallen Sonden enthalten, die sich z. B. in ihren chemischen Eigenschaften unterscheiden.
Wird eine Bewegung der Sonde in einer Falle, hervorgerufen durch eine äußere Kraft, die auf die Sonde wirkt, detektiert, so wird mittels einer Rückkopplung die Position der Falle der Bewegung der Sonde nachgeführt werden. Erfolgt eine solche Bewegung der mit einer Sonde gefüllten Falle, so kann die gekoppelte Bewegung der Fallen vorsehen, dass eine oder mehrere Fallen dieser Bewegung folgen. Kann die Richtung der Bewegung der gefüllten Falle, durch z. B. einen Algorithmus, angenähert vorherbestimmt werden, so können auch eine oder mehrere Fallen dieser Bewegung vorausgehen.
Die gekoppelte Bewegung der beiden Fallen kann auch vorsehen, dass die Bewegungen einer oder mehrerer leerer Fallen eine oder mehrere Kugelschalen um die mit einer Sonde gefüllte Falle bilden. Die Kugelschalen können dabei vollständig oder nur teilweise geschlossen sein.
Die Position von mindestens einer leeren Falle kann über ein schnell bewegliches optisches Element wie z. B. einen akusto-optischen Deflektor oder einen galvanisch aufgehängten Spiegel gesteuert werden. Diese leere Falle kann dann während Stillstand oder vergleichsweise geringer Bewegung der gefüllten Falle eine Vielzahl von Positionen um die gefüllte Falle scannen. Dadurch wird es bei einer durch äußere Einflüsse gesteuerten Bewegung der Sonde wahrscheinlicher, dass der Weg der Sonde schon durch eine leere Falle gescannt wurde.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Signale von wenigstens zwei Fallen unabhängig voneinander zu detektieren. Hiermit ist das erfinderische Verfahren in optimaler Weise zu erfüllen. Dabei können verschiedene physikalische Prinzipien einzeln oder in Kombination zur Trennung der Signale verwendet werden. Bei gefüllter Falle besteht ihr Signal aus der Kombination aller eventueller Störungen im Strahlengang und der Position der Sonde. Bei leerer Falle enthält das Signal der Falle nur die eventuellen Störungen.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die Signale von zwei Fallen, deren Polarisation senkrecht zueinander steht, durch ein entsprechendes optisches Element wie z. B. einen polarisierenden Strahlteilerwürfel voneinander getrennt werden. Die Signale der beiden Fallen können dann an verschiedenen Orten detektiert werden.
Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht vor, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge für die Fallen verwendet wird. Die Zahl der Fallen ist dabei durch die Zahl der verwendeten, unterschiedlichen Wellenlängen gegeben. Die Signale der optischen Fallen verschiedener Wellenlänge können durch optische Elemente, wie z. B. dicroitische Strahlteiler voneinander getrennt und an verschiedenen Orten detektiert werden.
Eine Ausführung der Erfindung kann auch die Trennung der Signale von zwei Fallen vorsehen, deren Licht sich in unterschiedlichen Propagationsrichtungen, insbesondere in gegenläufige Richtungen, ausbreitet. Durch die unterschiedliche Ausbreitungsrichtung sind die Signale der Fallen getrennt und können an unterschiedlichen Orten detektiert werden. Die beiden Fallen können dabei durch Aufspaltung des Lichtes eines Lasers oder auch durch Verwendung von zwei Lasern erzeugt werden.
Eine Ausführung der Erfindung kann die gemeinsame Bewegung der Fallen durch ein oder mehrere Elemente im gemeinsamen Strahlengang erlauben. Solche Elemente können bewegliche optische Elemente wie z. B. Spiegel oder Linsen sein, es können aber auch feste optische Elemente wie z. B. akusto-optische Deflektoren oder räumliche Lichtmodulatoren sein. Eine Bewegung der Lichtquelle ist ebenfalls denkbar.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann die unabhängige Bewegung der Fallen durch ein oder mehrere Elemente in getrennten Strahlengängen erlauben. Solche Elemente können bewegliche optische Elemente wie z. B. Spiegel oder Linsen sein, es können aber auch feste optische Elemente wie z. B. akusto-optische Deflektoren oder räumliche Lichtmodulatoren sein. Werden die Fallen durch unterschiedliche Lichtquellen erzeugt, so ist auch eine Bewegung dieser Lichtquellen denkbar.
Eine Ausführung der Erfindung kann auch vorsehen, dass einer oder mehrere der Detektoren beweglich sind, um einem beweglichen Signal zu folgen. Bei einem QPD ist die höchste Empfindlichkeit erreicht, wenn das Signal etwa gleich über die vier Quadranten verteilt ist. Bewegt sich nun die Sonde in einem PFM, so verlässt das Signal den Bereich höchster Empfindlichkeit, bei großer Bewegung sogar den Detektionsbereich. Wird nun der Detektor, z. B. durch einen Piezoelektrischen Versteller, dem Signal nachgeführt, kann eine höhere Empfindlichkeit und ein größerer Messbereich erreicht werden.
Eine weitere Ausführung der Erfindung kann auch vorsehen, dass die Nachführung des Positionssignals nicht durch Bewegen des Detektors, sondern durch Elemente im Strahlengang passiert. Solche Elemente können z. B. bewegliche Spiegel oder Linsen, oder akusto-optische Deflektoren oder räumliche Lichtmodulatoren sein.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren erklärt. Hierbei zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung von zwei optischen Fallen mit möglicher Störung des optischen Weges.
2 ein Schema zur Erzeugung von zwei Fallen, die sich in der Lichtpolarisation unterscheiden und die Trennung des Signals der beiden Fallen.
3 ein Schema zur Erzeugung von zwei Fallen, die sich in der Lichtwellenlänge unterscheiden und die Trennung des Signals der beiden Fallen.
4 ein Schema zur Erzeugung von zwei Fallen, die sich mindestens in der Ausbreitungsrichtung unterscheiden und die räumlich getrennte Detektion der beiden Signale.
5a und b Schema für mögliche gekoppelte Bewegungen von zwei Fallen
6 ein Schema für mögliche gekoppelte Bewegungen von zwei oder mehr Fallen
In 1 sind schematisch die optischen Fallen 1 und 2 dargestellt, die sich in einem festen räumlichen Abstand befinden. Die gezeigten Sonde 4 in Falle 1 und Sonde 3 in Falle 2 sollen nicht notwendigerweise gleichzeitig vorhanden sein und sind nur zur Verdeutlichung der optischen Fallen beide eingezeichnet. Im Strahlengang der Falle 1 befindet sich eine Störung 5, die zum Beispiel auf dem Deckglas 6 befestigt sein kann. Die Störung 5 kann aber auch frei beweglich sein. Die Störung 5 führt zu einer Änderung des Positionssignals der Sonde 4 auf dem Detektor 7, während das Positionssignal für die Sonde 3 auf dem Detektor 8 keine Änderung erfährt. Durch einen Scan an der Position der Falle 1 zuerst mit einer Sonde und dann ohne eine Sonde, wie sich durch Wegbewegung der mit Sonde 4 gefüllten Falle 1 und nachführende Bewegung der leeren Falle 2 geschehen kann, kann die Störung 5 bestimmt und vom Positionssignal für die Sonde 4 abgezogen werden.
2 zeigt die mögliche Bereitstellung von zwei senkrecht zueinander polarisierten Fallen. Das Licht des Lasers 4 wird in dem polarisierenden Strahlteilerwürfel 5 in zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlen aufgespalten. Durch die beiden Spiegel 6 und 7 werden die Strahlen umgelenkt und im polarisierenden Strahlteilerwürfel 8 wieder zusammengeführt. Möglichkeiten zur abhängigen oder unabhängigen Bewegung der Fallen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Das Objektiv 2 fokussiert das Licht innerhalb der Probenkammer 1 und erzeugt die optischen Fallen. Vom Kondensor 3 wird das Licht wieder gebündelt und durch den polarisierenden Strahlteiler 9 wieder nach den Polarisationsrichtungen getrennt. Das Licht wird dann direkt vom Detektor 11 oder nach dem Umlenkspiegel 10 vom Detektor 12 detektiert.
In 3 ist ein Aufbau schematisch dargestellt, der die gleichzeitige Erzeugung von zwei Fallen mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge erlaubt. Die Detektion der Position von Sonden in den fallen wird durch Trennung nach der Wellenlänge erreicht. Die beiden Laser 4 und 13 erzeugen Licht der Frequenzen ν1 und ν2. Das Licht vom Laser 4 wird über den Spiegel 7 in zum Objektiv 2 gelenkt, das Licht des Lasers 13 über den dicroitischen Strahlteiler 14. Das Objektiv 2 fokussiert das Licht innerhalb der Probenkammer 1 und erzeugt die optischen Fallen. Vom Kondensor 3 wird das Licht wieder gebündelt und durch den dicroitischen Strahlteiler 15 nach den Wellenlängen getrennt. Reflektiert der Strahlteiler 15 Licht der Frequenz 1, so wird vom Detektor 11 dieses Licht detektiert. Das in diesem Fall durch den Strahlteiler 15 transmittierte Licht der Frequenz ν2 wird über den Spiegel 10 zum Detektor 12 gelenkt und dort detektiert.
4 zeigt den Aufbau für die Realisierung von zwei Fallen, die durch gegenläufig propagierendes Licht erzeugt werden. Das Licht des Lasers 4 wird durch den Spiegel 7 zum Objektiv 2 gelenkt und dort in die Probenkammer fokussiert. Das Licht des Lasers 4 wird dann vom Kondensor 3 gebündelt und vom Strahlteiler 17 auf den Detektor 11 gelenkt. Durch den optionalen optischen Isolator 19 kann durch den Strahlteiler 17 transmittiertes Licht des Lasers 4 geblockt werden. In der Gegenrichtung wird Licht des Lasers 20 durch den Spiegel 10 in Richtung des Kondensors 3 gelenkt, der das Licht in der Probenkammer 1 zu einer optischen Falle fokussiert. Das Objektiv 2 bündelt das Licht wieder und es wird dann vom Strahlteiler 16 zur Detektion 12 gelenkt. Der ebenfalls optionale optische Isolator 18 blockt das vom Strahlteiler 16 transmittierte Licht des Lasers 20. Bei dieser Ausführungsform wirkt das Ob jektiv 2 für das Licht des Lasers 4 gleichzeitig als Kondensor für das Licht des Lasers 20 und der Kondensor 3 für das Licht des Lasers 4 wirkt gleichzeitig als Objektiv für das Licht des Lasers 20.
In 5a ist eine mögliche Trajektorie 43 gezeigt, entlang derer die beiden Sonden 41 und 42 bewegt werden. Die Trajektorie ist dabei zur vereinfachten Darstellung als Gerade eingezeichnet, sie kann aber einen beliebigen Weg in drei Dimensionen beschreiben. Die Reihenfolge, in der die beiden Sonden entlang der Trajektorie bewegt werden kann dabei von der Ausführungsform abhängen.
In 5b ist die Möglichkeit dargestellt, dass sich entlang der Trajektorie 44 eine mit einer Sonde gefüllten Falle 44 und eine leere Falle 45 bewegen, wobei in der 5b ebenso wie in der 6 die gefüllte Falle durch die Position ihrer Sonde und die leere(n) Falle(n) durch die Leerstelle(n), an der eine Sonde eingefangen werden kann, dargestellt ist/sind. Die Trajektorie ist dabei zur vereinfachten Darstellung als Gerade eingezeichnet, sie kann aber einen beliebigen Weg in drei Dimensionen beschreiben. Die Reihenfolge, in der die beiden Fallen entlang der Trajektorie bewegt werden kann dabei vom Experiment abhängen.
6 zeigt das Schema der Durchführung, wenn eine oder mehrere leere Fallen 52 eine Kugelschale um die mit einer Sonde gefüllten Falle 51 bilden. Zur vereinfachten Darstellung ist hier ein zweidimensionaler Querschnitt durch die Kugelschale gezeigt. Bei Bewegung der Falle 51 kann sich das Zentrum der Kugelschale beispielsweise in Richtung dieser Bewegung verlagern. Die Kugelschale kann entweder durch gleichzeitiges Vorhandensein mehrerer Fallen oder aber durch schnelle Positionswechsel einer Falle gebildet werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6833923 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- E. Fällman et al., „Applied Optics", Band 36, Nr. 10 (1997) [0014]

Claims

Verfahren zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Probe (6), insbesondere mittels Rasterphotonenmikroskopie, das folgendes umfasst: – Erzeugen von wenigstens zwei optischen Fallen (1, 2) durch fokussiertes Licht mit zwei Fokussierungsvolumina, die in dem örtlichen Bereich in der Probe bewegbar sind, wobei in wenigstens einem der beiden Fokussierungsvolumina eine Sonde (3; 4) angeordnet ist, – Scannen der Probe (6) mit den beiden optischen Fallen (1, 2) durch Bewegen beider Fokussierungsvolumina gegenüber der Probe (6), – Erfassen von Messdaten, welche der ersten optischen Falle (1), welche die Sonde (4) enthält, zugeordnet sind, während des Scannens, – Erfassen von Messdaten, welche der zweiten optischen Falle (2) zugeordnet sind, während des Scannens, – Auswerten der Messdaten durch Korrelieren der Messdaten der ersten und zweiten optischen Falle (1, 2).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auswerten der Messdaten durch Korrelieren der Messdaten von der ersten optischen Falle (1), die zu jeweils einem ersten Zeitpunkt des Scans erfasst werden, mit den Messdaten der zweiten optischen Falle (2), die zu jeweils einem zweiten Zeitpunkt erfasst wurden, an dem sich das Fokussierungsvolumen der zweiten optischen Falle am gleichen Ort oder an einem unmittelbar benachbarten Ort des Fokussierungsvolumens der ersten optischen Falle (1) zum ersten Zeitpunkt befand.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite optische Falle (2) ebenfalls eine Sonde (3) enthält, insbesondere die gleiche oder eine unterschiedliche Sonde wie die erste optische Falle (1).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite optische Falle (2) keine Sonde enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fokussierungsvolumina der wenigstens zwei optischen Fallen (1, 2) identische Abmessungen besitzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegung der optischen Fallen (1, 2) hintereinander auf einer gemeinsamen Trajektorie erfolgt, insbesondere mit einem konstanten Abstand.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während des Scannens eine der beiden Fallen (1) um die andere Falle (2) bewegt wird, insbesondere in Form einer vollständigen oder teilweise geschlossenen Kugelschale.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erzeugung der zwei optischen Fallen (1, 2) durch zwei Lichtstrahlen erfolgt, die jeweils eines der Fokussierungsvolumina definieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Erzeugung der beiden Fallen (1, 2) durch einen Lichtstrahl erfolgt, dessen Position sich mit einer Frequenz ändert, die es erlaubt, in zwei örtlich getrennten Fokussierungsvolumina jeweils eine Sonde einzufangen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Korrelieren der Messsignale die Bildung eines Differenzmesssignals von den Messsignalen der ersten optischen Falle (1) und der zweiten optischen Falle (1) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der ersten und der zweiten optische Falle (1, 2) durch Licht unterschiedlicher Polarisation erfolgt, insbesondere durch Licht mit orthogonaler Polarisation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der ersten und zweiten optischen Falle (1, 2) durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der ersten und der zweiten optischen Falle durch Licht unterschiedlicher Propagationsrichtung erfolgt, insbesondere durch Licht gegenläufiger Propagationsrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen der optischen Fallen (1, 2) durch Licht von unterschiedlichen Laser (4, 13; 4, 20) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Erzeugen der zwei optischen Fallen (1, 2) durch Licht eines Lasers (4) erfolgt, dessen Licht durch einen Strahlteiler (5) aufgespalten wird.
Vorrichtung zum rastersondenmikroskopischen Untersuchen einer Probe (6), insbesondere nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche, die folgendes umfasst: optische Einrichtung zum Erzeugen von zwei optischen Fallen (1, 2) durch fokussiertes Licht, wobei die optische Einrichtung und/oder ein Probenhalter, ein örtliches Bewegen der Fokussierungsvolumina gegenüber einer Probe ermöglicht, wenigstens eine Sonde (3; 4), die in einer der beiden optischen Fallen (1, 2) angeordnet ist, Steuerungseinrichtung, welche die Bewegung der beiden Fokussierungsvolumina zum Scannen der Probe (6) steuert, erste Detektionseinrichtung (11), welche zum Erfassen von Messdaten eingerichtet ist, welche der ersten optischen Falle (1), in der die Sonde angeordnet ist, zuzuordnen sind, zweite Detektionseinrichtung (12), die zum Erfassen von Messdaten eingerichtet ist, welche der zweiten optischen Falle (2) zuzuordnen sind, und Auswerteeinrichtung, welche die Messdaten der ersten Detektionseinrichtung (11) und die Messdaten zweiten Detektionseinrichtung (12) empfängt und die Messdaten korreliert.