WO2013108060A1 - Near-field scanning optical microscope - Google Patents

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WO2013108060A1
WO2013108060A1 PCT/IB2012/000084 IB2012000084W WO2013108060A1 WO 2013108060 A1 WO2013108060 A1 WO 2013108060A1 IB 2012000084 W IB2012000084 W IB 2012000084W WO 2013108060 A1 WO2013108060 A1 WO 2013108060A1
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WO
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probe
microscope
luminous flux
wavelength
photoreceiver
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PCT/IB2012/000084
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander POTEMKIN
Original Assignee
Potemkin Alexander
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
    • G01Q60/18—SNOM [Scanning Near-Field Optical Microscopy] or apparatus therefor, e.g. SNOM probes
    • G01Q60/22—Probes, their manufacture, or their related instrumentation, e.g. holders

Definitions

  • the invention relates to the field of scanning microscopy and in particular to near-field microscopes.
  • a scanning probe microscope consisting of the stage of an inverted microscope and a measuring head, which includes the base with the support feet for installation on the stage, from an X, Y, Z-scanner block with a probe transmitter mounted thereon, a laser and a photoreceiver, from the optical components for aligning the laser beam to the probe transmitter and from the probe transmitter to the photoreceiver (RU 2008142258 [1]).
  • the microscope contains drive means which are designed to ensure relative movement between the probe and the object surface and capable of moving the object and probe so close together that the detectable interaction occurs between them
  • the microscope includes means for generating the relative oscillatory motion over the surface of the object, the probe or the object
  • the scanning mechanism of the probe is designed to measure at least one parameter characteristic of the intensity of the interaction between probe and object, but the feedback mechanism is designed so that the distance probe-object can be controlled by the probe Drive means are set in motion in response to d ie change of the mean value of one of the mentioned parameters compared to the setpoint.
  • the means for moving the object into vibration represents a normal generator with a stable frequency and the object connected thereto.
  • the process of scanning the object surface is accelerated, with the scan area being detected by an ordered array of scan lines, each of which resonates at the resonant frequency of the probe or object is recorded in the vicinity, so that the amplitude of the oscillation determines the maximum length of the scan line.
  • the probe and the object oscillate simultaneously, a two-dimensional scanning of the object image analogously to the scanning of the image in television receivers occurs.
  • a scanning probe microscope consisting of video viewing system, object holder, scanner, probe, probe holder and a system for moving the object holder (RU 2382389 [4]).
  • the microscope contains a fixed, but spatially alignable mounted a luminous flux source, a mirror element and an optical divider, which transmits part of the luminous flux coming from the source and the other reflected.
  • the object holder is located in the beam path of the luminous flux transmitted or reflected by the splitter, and the splitter itself in the beam path of the other luminous flux such that the beam path of the luminous flux reflected by the reflecting element and reflected by the surface of the object holder or the object mounted thereon coincides with the beam path the luminous flux falling on these elements coincides.
  • the closest is to the known scanning probe microscope consisting of a typical near-field optical light detection system comprising a laser light source, an optical probe with aperture and an optical divider which transmits part of the light coming from the source but reflects the other from a drive Movement of the object and a video viewing system for the obtained interference images (JP 2005283162 [5]).
  • the microscope is equipped with a vibrator attached to the probe holder for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the surface of the object.
  • the proposed scanning probe microscope aims at increasing the sensitivity and improving the signal-to-noise ratio.
  • the stated objective is achieved by the scanning near-field probe microscope consisting of probe, photoreceptor and coherent radiation source, at the output of which means are arranged for dividing the luminous flux into two bundles, one of which is aligned directly with the photoreceptor and the other inside the probe.
  • the luminous flux released from the probe by the object being examined is directed onto the photoreceiver, and the slide with the object to be examined is connected to a source of mechanical vibrations necessary for the change in the relative distance between the probe and the probe Object surface provides.
  • the means used to direct the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceptor and the probe and from the probe to the photoreceiver are optical fibers.
  • the stated result is also achieved in that the means used to divide the luminous flux into beams is designed as a switch for optical fibers
  • the stated result is also achieved by designing the source of mechanical vibrations as a piezoelectric transducer or magnetostrictor connected to a generator of electrical vibrations.
  • the deflection of the one light beam from the coherent radiation source directly to the photoreceiver and the second to him after conduction through the probe and reflection from the object under investigation allows the generation of an interference image on the photoreceptor.
  • This type of signal processing and amplification is called heterodyne (superposition).
  • the power of the information-carrying signal as a result of the reflection by the examination object is proportional to the voltage of the optical radiation directed directly by the laser onto the photoreceiver.
  • E 2 ⁇ ⁇ ⁇ the power of the signal formed on the surface of the photoreceptor, which carries the information about the reflection from the object to be examined, greater than the power of the reflected signal from the object itself.
  • heterodyne reception occurs to amplify the signal, thereby improving the signal-to-noise ratio in the information reception and processing system.
  • the connection of the slide to the source of mechanical vibration which provides for the change in the relative distance between the probe and the surface of the object, provides a possibility for improving the sensitivity and the signal-to-noise ratio.
  • the modulation of the signal transmits its spectrum to the frequency of the modulation. Therefore, there is no need to amplify the signals near zero frequencies where there is a high noise flicker, which also leads to an improvement in the signal-to-noise ratio.
  • the change in the position of the object does not lead to a change in the position of the probe and does not give rise to additional interference in connection with the modulation of the power in the light guide of the probe spreading radiation.
  • the means for directing the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceiver and to the probe and from the probe to the photoreceiver are most conveniently carried out as optical fibers. This ensures:
  • the means for dividing the luminous flux into two bundles can be chosen from the known ones.
  • a semi-transparent mirror or a polarizing prism with a quarter-wave plate (RU 2279151 [6]) can be used.
  • a light divider a divider cube, a flat glass pane, a glass wedge o. ⁇ . [4].
  • the means for directing the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceiver and to the probe as well as from the probe to the photoreceiver are embodied as optical fibers, it is most advantageous to use a switch made of optical fibers as a means for dividing the luminous flux.
  • the scanning near-field probe microscope consists of the coherent radiation source 1, the means 2 for dividing the luminous flux, the photoreceptor 3, the probe 4, the stage with the object 5, the piezoelectric transducer or the magnetostrictor 6 and the generator 7 of the electrical vibrations.
  • any known may be chosen, for. B. semiconductor or gas laser. All assemblies mentioned above can be selected from the known.
  • the microscope includes functionally important components and components which are not shown in the drawing or belong to the known state of the art (see [1, 2, 3, 4, 5, 6]). This is the mechanism for the two- or three-dimensional movement of the slide with the object and its control, the probe holder u.
  • the Scanning Probe Microscope is to be used as follows. Place the object 5 to be examined on the spatially arranged object table. Turn on the coherent radiation source 1 (laser) and direct the luminous flux from the laser onto the means 2 for dividing the luminous flux into two bundles. One luminous flux is directed directly to the photoreceiver 3, the other to the probe 4. The luminous flux reflected by the examination object 5 is directed from the probe to the means 2 for luminous flux division and from there to the photoreceiver 3. At the same time turn on the generator 7, which is connected to the piezoelectric transducer or magnetostrictor 6, which puts the object 5 in oscillating motion. As a result, an interference pattern is formed on the surface of the photoreceptor 3. The change in the distance between the probe tip and the examination subject leads to a change in the interference pattern. The measurement of the parameters of the interference image and the comparison with the parameters before the displacement allows the calculation of the magnitude of the change in the distance between the probe tip and the examination subject.
  • a near-field microscope in which a probe with transparent dielectric interior with sharpened end (optical fiber) is used, the outer surface of the optical fiber is covered with a thin metallic film so that only the tip itself is free of this coating (EP 1160611) 1], US 2004169136 [2], US 6803558 [3]).
  • the film can be applied by vapor deposition of a metal in a vacuum and the tip can be removed by chemical etching. Disadvantage of the known probe is their relatively low resolution.
  • the proposed probe comes closest to a probe which is used in the near-field microscope known from EP 1408327 [5] or JP 2004163417 [6].
  • the probe is an optical fiber with a cylindrical or conical end. From the outside are Strips of a conductive material such as gold, silver, copper, aluminum, chromium, tungsten, platinum or other are applied to the optical fiber.
  • the conductive strips must be separated by a gap not more than about 100 nm wide.
  • the proposed probe aims to increase the resolution of the microscope in which it is used.
  • the stated aim is achieved by designing the probe of the near-field optical microscope as a tapered-end optical fiber having a stripe of conductive material applied to the surface of the optical fiber and a peaking quantum dot having a damping peak equal to that of FIG Wavelength of the used radiation is.
  • the stated goal is achieved by arranging in the vicinity of the quantum dot and symmetrically to it at least two elements which are made of a material having a negative refractive index for the wavelength of the radiation used in the microscope.
  • the stated objective is achieved by grouping the elements of material with a negative refractive index radiation used for the wavelength of the microscope used in the microscope to form a closed circle around the quantum dot.
  • the design of the pointed end probe is indispensable if one wants to increase the locality of the concentration of optical electromagnetic radiation and, correspondingly, the spatial resolution of the near field microscopes.
  • the coating of the optical fiber surface with conductive material strips converging toward the tip is capable of increasing the resolution of the microscope because the strips of conductive material form a multi-electrode waveguide.
  • This waveguide unlike a round waveguide, has no restrictions on minimum dimensions below which the waveguide transitions to a mode characterized by an exponential decrease in the power of the boundary radiation propagating around the waveguide axis.
  • the multi-electrode waveguide operates at arbitrary wavelengths from the direct current to the optical range.
  • the resolution of the microscope can be further increased. This can be explained by the fact that the absorption range is due to increased effective values for refractive and damping index distinguishes, which leads to the stronger local concentration of optical radiation.
  • the quantum dot and symmetrically to him at least two elements which are made of a material having a negative refractive index used for the wavelength of the radiation used in the microscope.
  • the degree of spatial concentration of the optical radiation is proportional to the difference in refractive and attenuation indices of the central portion of the optical fiber and its surroundings. An increase in the difference between the refractive and attenuation indices of the regions of the optical waveguide leads to a greater local concentration of the propagating radiation.
  • Fig. 3 is the functional diagram of the implementation of the probe with two elements made of a material having a negative refractive index used for the wavelength of the microscope used in the microscope.
  • Fig. 4 variants of the implementation with elements of a material with a wavelength of the microscope used in the negative refractive index radiation are shown (view of the probe tip).
  • the probe of the near-field optical microscope includes the light guide 8 with the pointed end 9, which may be made of any suitable dielectric material for this purpose.
  • optical fibers are usually made of polymers or quartz [6].
  • the term “sharpening” is relative in nature, as is the term “point.”
  • each peak has several final dimensions (ideally, a single atom.)
  • On the outer surface of the optical fiber are converging strips towards the tip conductive material 10. Their number is arbitrary, eg two (see Fig. 1) or six (see Fig. 2), etc.
  • the strips may be made of any suitable material, eg. From any of the materials enumerated in [6], using known technologies [2,3,4].
  • the quantum dot 11 with an attenuation peak equal to the wavelength of the radiation used.
  • This point represents a region consisting of the entirety of the atoms of the conductive or semiconductor material.
  • the distance between the allowed energetic levels in said range is equal to the quantum energy of the used optical radiation. Its typical size is a few nanometers.
  • elements 12 made of a material having a negative refractive index for the wavelength of the radiation used in the microscope and having an increased attenuation index may be present. It must be at least two, but it may also be four, six, or eight, or they may be in the form of a closed, continuous, or broken circle (see Fig. 3). Resonant devices based on meta- or quantum materials can serve as material for their production.
  • the elements 12 must be arranged so that there is no collision with the object during the movement of the probe against the examination object. The attachment of these elements to the housing of the probe can be done by spraying or local ion etching.
  • the probe is used in the near field microscope in the following manner.
  • the probe is introduced with its quantum dot 11 to the examination object.
  • the light beam from the source belonging to the microscope enters the tip 9 via the light guide 8 and bends the quantum dot 11.
  • the light from the Strip 10 thrown back.
  • the quantum dot 5 When passing through the quantum dot 5, the light is reflected from the region of negative refractive index and increased attenuation index 12.
  • the light reflected from the object returns via the quantum dot 11 and the photoconductive region 2 in the opposite sense to the running direction of the introduced light.

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Abstract

Near-field scanning optical microscope comprising a probe, a photodetector and a coherent beam source, with a means being fitted at the output of said coherent beam source for splitting the luminous flux into bundles, of which one is oriented directly onto the photodetector and the other into the probe interior, and the luminous flux reflected by the object under investigation and emerging from the probe is oriented onto the photodetector, and the object carrier with the object to be investigated is connected to a source of mechanical oscillations, which ensures the change in the relative distance between the probe and the object surface.

Description

Optisches Rasternahfeldmikroskop  Optical scanning field microscope
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Rastermikroskopie und hier insbesondere auf Nahfeldmikroskope. The invention relates to the field of scanning microscopy and in particular to near-field microscopes.
Bekannt ist ein Rastersondenmikroskop, bestehend aus dem Objekttisch eines invertierten Mikroskops und einem Messkopf, der die Basis mit den Stützfüssen für die Aufstellung auf dem Objekttisch einschliesst, aus einem X-, Y-, Z-Scannerblock mit einem darauf montierten Sondengeber, einem Laser und einem Photoempfänger, aus den optischen Komponenten zur Ausrichtung des Laserstrahls auf den Sondengeber und vom Sondengeber zum Photoempfänger (RU 2008142258 [1]).  Known is a scanning probe microscope consisting of the stage of an inverted microscope and a measuring head, which includes the base with the support feet for installation on the stage, from an X, Y, Z-scanner block with a probe transmitter mounted thereon, a laser and a photoreceiver, from the optical components for aligning the laser beam to the probe transmitter and from the probe transmitter to the photoreceiver (RU 2008142258 [1]).
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die geringe Empfindlichkeit und das niedrige Signal- Rausch-Verhältnis.  Disadvantage of the known device is the low sensitivity and the low signal-to-noise ratio.
Bekannt ist ein Rastersondenmikroskop zur Gewinnung einer Objektabbildung entsprechend der Wechselwirkung zwischen Objekt und Sonde (RU 2005102703 [2], WO 2004/005844(3]). Das Mikroskop enthält Antriebsmittel, die so ausgeführt sind, dass eine relative Bewegung zwischen Sonde und Objektoberfläche sichergestellt ist, und in der Lage sind Objekt und Sonde so nah auf einander zu zu bewegen, dass es zwischen ihnen zu der detektierbaren Wechselwirkung kommt. Das Mikroskop enthält zur Erzeugung der relativen schwingenden Bewegung über die Oberfläche des Objekts Mittel, die die Sonde oder das Objekt in Schwingung versetzen können. Der Abtastmechanismus der Sonde ist so ausgeführt, dass mindestens ein für die Intensität der Wechselwirkung zwischen Sonde und Objekt charakteristischer Parameter gemessen werden kann, der Rückkopplungsmechanismus aber ist so ausgeführt, dass der Abstand Sonde-Objekt geregelt werden kann, indem die Antriebsmittel in Gang gesetzt werden als Antwort auf die Änderung des mittleren Wertes eines der genannten Parameter gegenüber dem Sollwert. Das Mittel zur Versetzung des Objekts in Schwingungen stellt einen Normalgenerator mit stabiler Frequenz und das mit diesem verbundene Objekt dar.  Known is a scanning probe microscope for obtaining an object image corresponding to the interaction between the object and the probe (RU 2005102703 [2], WO 2004/005844 (3)) .The microscope contains drive means which are designed to ensure relative movement between the probe and the object surface and capable of moving the object and probe so close together that the detectable interaction occurs between them The microscope includes means for generating the relative oscillatory motion over the surface of the object, the probe or the object The scanning mechanism of the probe is designed to measure at least one parameter characteristic of the intensity of the interaction between probe and object, but the feedback mechanism is designed so that the distance probe-object can be controlled by the probe Drive means are set in motion in response to d ie change of the mean value of one of the mentioned parameters compared to the setpoint. The means for moving the object into vibration represents a normal generator with a stable frequency and the object connected thereto.
Dadurch, dass die Sonde oder das Objekt in Schwingungen versetzt wird, wird der Vorgang des Abtastens der Objektoberfläche beschleunigt, wobei der Abtastbereich durch eine geordnete Anordnung von Abtastzeilen erfasst wird, von denen jede bei der Schwingung der Sonde bzw. des Objekts auf dessen Resonanzfrequenz oder in deren Nähe aufgenommen wird, so dass die Amplitude der Schwingung die maximale Länge der Abtastzeile bestimmt. Dabei kommt es, wenn Sonde und Objekt gleichzeitig schwingen, zu einem zweidimensionalen Abtasten des Objektbildes analog zur Abtastung des Bildes in Fernsehempfängern.  By causing the probe or object to vibrate, the process of scanning the object surface is accelerated, with the scan area being detected by an ordered array of scan lines, each of which resonates at the resonant frequency of the probe or object is recorded in the vicinity, so that the amplitude of the oscillation determines the maximum length of the scan line. In this case, when the probe and the object oscillate simultaneously, a two-dimensional scanning of the object image analogously to the scanning of the image in television receivers occurs.
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die geringe Empfindlichkeit und das niedrige Signal- Disadvantage of the known device is the low sensitivity and the low signal
BESTÄTIGUNGSKOPIE Flausch-Verhältnis. CONFIRMATION COPY Velcro ratio.
Bekannt ist ein Rastersondenmikroskop, bestehend aus Videobetrachtungssystem, Objekthalter, Abtaster, Sonde, Sondenhalter sowie einem System zur Bewegung des Objekthalters (RU 2382389 [4]). Das Mikroskop enthält fest, aber räumlich ausrichtbar montiert eine Lichtstromquelle, ein Spiegelelement und einen Optikteiler, der einen Teil des von der Quelle kommenden Lichtstroms durchlässt und den anderen reflektiert. Der Objekthalter liegt im Strahlengang des einen vom Teiler durchgelassenen oder reflektierten Lichtstroms und der Teiler selbst im Strahlengang des anderen Lichtstroms so, dass der Strahlengang des vom spiegelnden Element reflektierten und des von der Oberfläche des Objekthalters bzw. des darauf angebrachten Objekts reflektierten Lichtstroms mit dem Strahlengang der auf diese Elemente fallenden Lichtströme zusammenfällt. Nach einer weiteren Reflektion des einen, vom Teiler zurückgeworfenen Lichtstroms und dem Durchgang des zweiten zurückgeworfenen Lichtstroms durch den Teiler werden beide in das Videobetrachtungssystem geleitet.  Known is a scanning probe microscope consisting of video viewing system, object holder, scanner, probe, probe holder and a system for moving the object holder (RU 2382389 [4]). The microscope contains a fixed, but spatially alignable mounted a luminous flux source, a mirror element and an optical divider, which transmits part of the luminous flux coming from the source and the other reflected. The object holder is located in the beam path of the luminous flux transmitted or reflected by the splitter, and the splitter itself in the beam path of the other luminous flux such that the beam path of the luminous flux reflected by the reflecting element and reflected by the surface of the object holder or the object mounted thereon coincides with the beam path the luminous flux falling on these elements coincides. After further reflection of the one luminous flux reflected by the divider and the passage of the second reflected luminous flux through the divider, both are directed into the video viewing system.
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die geringe Empfindlichkeit und das niedrige Signal- Rausch-Verhältnis.  Disadvantage of the known device is the low sensitivity and the low signal-to-noise ratio.
Dem Vorgeschlagenen am nächsten kommt das bekannte Rastersondenmikroskop, bestehend aus einem typischen optischen Nahfeldlichtdetektionssystem, welches eine Laserlichtquelle, eine optische Sonde mit Apertur und einen Optikteiler, welcher einen Teil des von der Quelle kommenden Lichtes durchlässt, den anderen aber reflektiert umfasst, aus einem Antrieb zur Bewegung des Objektes und einem Videobetrachtungssystem für die gewonnenen Interferenzbilder (JP 2005283162 [5]). Ausserdem ist das Mikroskop ausgerüstet mit einem an den Sondenhalter angebundenen Vibrator zur periodischen Änderung des relativen Abstands zwischen der Spitze der optischen Apertursonde und der Oberfläche des Objektes.  The closest is to the known scanning probe microscope consisting of a typical near-field optical light detection system comprising a laser light source, an optical probe with aperture and an optical divider which transmits part of the light coming from the source but reflects the other from a drive Movement of the object and a video viewing system for the obtained interference images (JP 2005283162 [5]). In addition, the microscope is equipped with a vibrator attached to the probe holder for periodically changing the relative distance between the tip of the optical aperture probe and the surface of the object.
Nachteil der bekannten Vorrichtung ist die geringe Empfindlichkeit und das niedrige Signal- Rausch-Verhältnis.  Disadvantage of the known device is the low sensitivity and the low signal-to-noise ratio.
Das vorgeschlagene Rastersondenmikroskop zielt auf die Erhöhung der Empfindlichkeit und die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses.  The proposed scanning probe microscope aims at increasing the sensitivity and improving the signal-to-noise ratio.
Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass das Rasternahfeldsondenmikroskop besteht aus Sonde, Photoempfänger und kohärenter Strahlenquelle, an deren Ausgang ein Mittel angebracht ist zur Teilung des Lichtstroms in zwei Bündel, von denen eines direkt auf den Photoempfänger ausgerichtet ist und das andere ins Sondeninnere, der vom untersuchten Objekt zurückgeworfene aus der Sonde austretende Lichtstrom ist auf den Photoempfänger ausgerichtet und der Objektträger mit dem zu untersuchenden Objekt ist mit einer Quelle mechanischer Schwingungen verbunden, die für die Änderung der relativen Entfernung zwischen Sonde und Objektoberfläche sorgt. The stated objective is achieved by the scanning near-field probe microscope consisting of probe, photoreceptor and coherent radiation source, at the output of which means are arranged for dividing the luminous flux into two bundles, one of which is aligned directly with the photoreceptor and the other inside the probe The luminous flux released from the probe by the object being examined is directed onto the photoreceiver, and the slide with the object to be examined is connected to a source of mechanical vibrations necessary for the change in the relative distance between the probe and the probe Object surface provides.
Das angegebene Ergebnis wird auch dadurch erreicht, dass die zur Ausrichtung des Lichtstroms von der kohärenten Strahlungsquelle auf den Photoempfänger und die Sonde sowie von der Sonde auf den Photoempfänger verwendeten Mittel als optische Fasern ausgeführt sind.  The stated result is also achieved in that the means used to direct the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceptor and the probe and from the probe to the photoreceiver are optical fibers.
Das angegebene Ergebnis wird auch dadurch erreicht, dass das zur Teilung des Lichtstroms in Strahlen verwendete Mittel als Weiche für optische Fasern ausgeführt ist  The stated result is also achieved in that the means used to divide the luminous flux into beams is designed as a switch for optical fibers
Das angegebene Ergebnis wird auch dadurch erreicht, dass die Quelle mechanischer Schwingungen als piezoelektrischer Umformer oder Magnetostriktor, welcher mit einem Generator elektrischer Schwingungen verbunden ist, ausgeführt ist.  The stated result is also achieved by designing the source of mechanical vibrations as a piezoelectric transducer or magnetostrictor connected to a generator of electrical vibrations.
Die Umlenkung des einen Lichtbündels von der kohärenten Strahlenquelle direkt auf den Photoempfänger und des zweiten auf ihn nach Leitung durch die Sonde und Reflektion vom Untersuchungsobjekt erlaubt die Erzeugung eines Interferenzbildes auf dem Photoempfänger. Wichtigste Besonderheit dieses Bildes ist das Vorhandensein der Komponente der Strahlungsleistung P, die proportional ist zur Spannungserzeugung der elektromagnetischen Felder der vom Untersuchungsobjekt zurückgeworfenen optischen Strahlung Ei und der direkt auf den Photoempfänger E2 gerichteten Strahlung, P = Ei ■ E2. Diese Art der Signalbearbeitung und Verstärkung heisst heterodyn (Überlagerung). The deflection of the one light beam from the coherent radiation source directly to the photoreceiver and the second to him after conduction through the probe and reflection from the object under investigation allows the generation of an interference image on the photoreceptor. The most important feature of this image is the presence of the component of the radiation power P which is proportional to the voltage generation of the electromagnetic fields of the optical radiation Ei reflected by the examination object and the radiation directed directly onto the photoreceiver E 2 , P = Ei ■ E 2 . This type of signal processing and amplification is called heterodyne (superposition).
Die Leistung des im Ergebnis der Reflektion durch das Untersuchungsobjekt informationstragenden Signals ist proportional zur direkt vom Laser auf den Photoempfänger gelenkten Spannung der optischen Strahlung. Bei E2 Ε·ι ist die Leistung des auf der Oberfläche des Photoempfängers gebildeten Signals, das die Information über die Reflektion vom Untersuchungsobjekt trägt, grösser als die Leistung des vom Objekt selbst reflektierten Signals. Auf diese Weise kommt es zum Überlagerungsempfang zur Verstärkung des Signals, wodurch sich das Signal-Rausch-Verhältnis im Informationsempfangs- und -Verarbeitungssystem verbessert. Die Verbindung des Objektträgers mit der Quelle mechanischer Schwingungen, die für die Änderung des relativen Abstands zwischen Sonde und Objektoberfläche sorgt, eröffnet eine Möglichkeit zur Verbesserung der Empfindlichkeit und des Signal-Rausch-Verhältnisses. Dies erklärt sich dadurch, dass sich durch die Änderung des Abstandes zwischen Sonde und Objektträger die Grösse des reflektierten Signals ändert. Die Modulation des Signals überträgt sein Spektrum auf die Frequenz der Modulation. Daher gibt es keine Notwendigkeit, die Signale nahe den Nullfrequenzen zu verstärken, wo ein hoher Rauschflicker herrscht, was ebenfalls zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt. Die Veränderung der Lage des Objekts führt nicht zu einer Veränderung der Lage der Sonde und nicht zur Entstehung zusätzlicher Störungen im Zusammenhang mit der Modulierung der Leistung der sich im Lichtleiter der Sonde ausbreitenden Strahlung. Die Mittel zur Lenkung des Lichtstroms von der kohärenten Strahlenquelle zum Photoempfänger und zur Sonde sowie von der Sonde zum Photoempfänger sind am zweckmässigsten als optische Fasern auszuführen. Dieses sorgt für: The power of the information-carrying signal as a result of the reflection by the examination object is proportional to the voltage of the optical radiation directed directly by the laser onto the photoreceiver. When E 2 Ε · ι the power of the signal formed on the surface of the photoreceptor, which carries the information about the reflection from the object to be examined, greater than the power of the reflected signal from the object itself. In this way, heterodyne reception occurs to amplify the signal, thereby improving the signal-to-noise ratio in the information reception and processing system. The connection of the slide to the source of mechanical vibration, which provides for the change in the relative distance between the probe and the surface of the object, provides a possibility for improving the sensitivity and the signal-to-noise ratio. This is explained by the fact that the change in the distance between the probe and the slide changes the size of the reflected signal. The modulation of the signal transmits its spectrum to the frequency of the modulation. Therefore, there is no need to amplify the signals near zero frequencies where there is a high noise flicker, which also leads to an improvement in the signal-to-noise ratio. The change in the position of the object does not lead to a change in the position of the probe and does not give rise to additional interference in connection with the modulation of the power in the light guide of the probe spreading radiation. The means for directing the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceiver and to the probe and from the probe to the photoreceiver are most conveniently carried out as optical fibers. This ensures:
geringere optische Verluste, da die Verluste in modernen optischen Verbindern nicht mehr als ein paar Tausendstel der durchgehenden Strahlungsleistung betragen,  lower optical losses, since the losses in modern optical connectors are no more than a few thousandths of the continuous radiation power,
bessere Abdichtung und besseren Schutz vor Störungen durch äussere klimatische und mechanische Einflüsse,  better sealing and better protection against disturbances due to external climatic and mechanical influences,
was ebenfalls zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt.  which also leads to an improvement of the signal-to-noise ratio.
Das Mittel zur Teilung des Lichtstroms in zwei Bündel kann aus den bekannten gewählt werden. Als Lichtteiler kann ein halbdurchsichtiger Spiegel oder ein Polarisationsprisma mit einer Viertelwellenscheibe (RU 2279151 [6]) verwendet werden. Als Lichtteiler kann ein Teilerwürfel, eine flache Glasscheibe, ein Glaskeil o. Ä. [4] verwendet werden.  The means for dividing the luminous flux into two bundles can be chosen from the known ones. As a light divider, a semi-transparent mirror or a polarizing prism with a quarter-wave plate (RU 2279151 [6]) can be used. As a light divider, a divider cube, a flat glass pane, a glass wedge o. Ä. [4].
Ist das Mittel zur Lenkung des Lichtstroms von der kohärenten Strahlenquelle zum Photoempfänger und zur Sonde sowie von der Sonde zum Photoempfänger als optische Fasern ausgeführt, ist es am vorteilhaftesten, als Mittel zur Teilung des Lichtstroms ein Weiche aus optischen Fasern zu nehmen.  If the means for directing the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceiver and to the probe as well as from the probe to the photoreceiver are embodied as optical fibers, it is most advantageous to use a switch made of optical fibers as a means for dividing the luminous flux.
Die Verwendung eines piezoelektrischen Umformers oder Magnetostriktors, verbunden mit dem Generator elektrischer Spannungen, als Quelle mechanischer Schwingungen, erlaubt eine sehr genaue Einstellung der Frequenz, Amplitude und Phase der Schwingungen des Untersuchungsobjektes und somit die Verbesserung von Empfindlichkeit und Signal-Rausch- Verhältnis.  The use of a piezoelectric transducer or magnetostrictor, connected to the generator of electrical voltages, as a source of mechanical vibration, allows a very precise adjustment of the frequency, amplitude and phase of the object to be examined, thus improving the sensitivity and signal-to-noise ratio.
Das Prinzip des vorgeschlagenen Rastersondenmikroskops erklärt sich an Hand des Realisierungsmodells und der Zeichnung mit dem Blockschaltbild des Mikroskops.  The principle of the proposed scanning probe microscope can be explained on the basis of the realization model and the drawing with the block diagram of the microscope.
Das Rasternahfeldsondenmikroskop besteht aus der kohärenten Strahlenquelle 1 , dem Mittel 2 zur Teilung des Lichtstroms, dem Photoempfänger 3, der Sonde 4, dem Objekttisch mit dem Objekt 5, dem piezoelektrischen Umformer oder dem Magnetostriktor 6 sowie dem Generator 7 der elektrischen Schwingungen.  The scanning near-field probe microscope consists of the coherent radiation source 1, the means 2 for dividing the luminous flux, the photoreceptor 3, the probe 4, the stage with the object 5, the piezoelectric transducer or the magnetostrictor 6 and the generator 7 of the electrical vibrations.
Als kohärente Strahlenquelle 1 kann jede bekannte gewählt werde, z. B. Halbleiter- oder Gaslaser. Auch alle weiter oben genannten Baugruppen können aus den bekannten gewählt werden. Daneben gehören zum Mikroskop funktionswichtige Baugruppen und Bauteile, die nicht auf der Zeichnung gezeigt werden oder zum bekannten Stand der Technik gehören (s. [1 ,2,3,4,5,6]). Dabei handelt es sich um den Mechanismus zur zwei- oder dreidimensionalen Bewegung der Objektträgers mit dem Objekt und seine Steuerung, den Sondenhalter u. A. Ausserdem gehört zum Mikroskop der Block zur Verarbeitung der gewonnenen Messungen, der mit dem Ausgang des Photoempfängers verbunden ist. Seine Funktion kann ein Personalcomputer, der mit der entsprechenden Software ausgerüstet ist, übernehmen. As a coherent radiation source 1, any known may be chosen, for. B. semiconductor or gas laser. All assemblies mentioned above can be selected from the known. In addition, the microscope includes functionally important components and components which are not shown in the drawing or belong to the known state of the art (see [1, 2, 3, 4, 5, 6]). This is the mechanism for the two- or three-dimensional movement of the slide with the object and its control, the probe holder u. A. In addition to the microscope, the block for processing the measurements obtained, the connected to the output of the photoreceptor. Its function can be carried out by a personal computer equipped with the appropriate software.
Das Rastersondenmikroskop ist wie folgt zu benutzen. Auf den räumlich ausrichtbar montierten Objekttisch lege man das zu untersuchende Objekt 5. Man schalte die kohärente Strahlenquelle 1 (Laser) ein und lenke den Lichtstrom vom Laser auf das Mittel 2 zur Teilung des Lichtstroms in zwei Bündel. Den einen Lichtstrom lenke man direkt auf den Photoempfänger 3, den anderen auf die Sonde 4. Der vom Untersuchungsobjekt 5 reflektierte Lichtstrom wird aus der Sonde zum Mittel 2 zur Lichtstromteilung gelenkt und von ihm auf den Photoempfänger 3. Gleichzeitig schalte man den Generator 7 ein, der mit dem piezoelektrischen Umformer bzw. Magnetostriktor 6 verbunden ist, welcher das Objekt 5 in schwingende Bewegung versetzt. Dadurch entsteht auf der Oberfläche des Photoempfängers 3 ein Interferenzbild. Die Veränderung des Abstandes zwischen der Sondenspitze und dem Untersuchungsobjekt führt zu einer Veränderung des Interferenzbildes. Die Messung der Parameter des Interferenzbildes und der Vergleich mit den Parametern vor der Verschiebung erlaubt die Berechnung der Grösse der Veränderung des Abstandes zwischen Sondenspitze und Untersuchungsobjekt.  The Scanning Probe Microscope is to be used as follows. Place the object 5 to be examined on the spatially arranged object table. Turn on the coherent radiation source 1 (laser) and direct the luminous flux from the laser onto the means 2 for dividing the luminous flux into two bundles. One luminous flux is directed directly to the photoreceiver 3, the other to the probe 4. The luminous flux reflected by the examination object 5 is directed from the probe to the means 2 for luminous flux division and from there to the photoreceiver 3. At the same time turn on the generator 7, which is connected to the piezoelectric transducer or magnetostrictor 6, which puts the object 5 in oscillating motion. As a result, an interference pattern is formed on the surface of the photoreceptor 3. The change in the distance between the probe tip and the examination subject leads to a change in the interference pattern. The measurement of the parameters of the interference image and the comparison with the parameters before the displacement allows the calculation of the magnitude of the change in the distance between the probe tip and the examination subject.
Bis vor kurzer Zeit noch war die Auflösung der zur Durchführung der angeführten Verfahren verwendeten optischen Mikroskope durch die Wellenlänge des benutzten Lichtes beschränkt. Teilchen kleiner als die Hälfte der Wellenlänge konnten nicht erkannt werden. Transmissions- und Rasterelektronenmikroskope (TEM und SEM) wurden entwickelt, um eine Auflösung von einem Bruchteil der Wellenlänge des sichtbaren Lichts zu erreichen, doch sind sie dadurch in der Anwendung eingeschränkt, da man die Arbeiten im Vakuum mit einem elektrisch leitenden Objekt durchführen muss. Optische Mikroskope hatten diese Mängel nicht, doch ihr Auflösungsvermögen war durch die Wellenlänge des benutzen Lichts begrenzt. Daher beschäftigt sich gegenwärtig eine beträchtliche Anzahl Erfindungen mit der Erzielung eines Auflösungsvermögens bei optischen Mikroskopen, das einen Bruchteil der Wellenlänge des verwendeten Lichtes erreicht.  Until recently, the resolution of the optical microscopes used to carry out the recited methods was limited by the wavelength of the light used. Particles smaller than half the wavelength could not be detected. Transmission and Scanning Electron Microscopes (TEM and SEM) have been developed to achieve a resolution of a fraction of the wavelength of visible light, but they are limited in their application, since the work has to be done in a vacuum with an electrically conductive object. Optical microscopes did not have these shortcomings, but their resolving power was limited by the wavelength of the light used. Therefore, at present, a considerable number of inventions are concerned with obtaining a resolving power in optical microscopes which reaches a fraction of the wavelength of the light used.
Bekannt ist ein Nahfeldmikroskop, in dem eine Sonde mit durchsichtigem dielektrischen Innern mit angespitztem Ende (Lichtleiter) zur Anwendung kommt, die Aussenfläche des Lichtleiters ist mit einem dünnen metallischen Film so bedeckt, dass nur die Spitze selbst frei von dieser Beschichtung ist (EP 1160611 [1], US 2004169136 [2], US 6803558 [3]). Der Film kann durch Aufdampfen eines Metalls im Vakuum aufgetragen und die Spitze durch chemische Ätzung befreit werden. Nachteil der bekannten Sonde ist ihr relativ geringes Auflösungsvermögen.  Known is a near-field microscope in which a probe with transparent dielectric interior with sharpened end (optical fiber) is used, the outer surface of the optical fiber is covered with a thin metallic film so that only the tip itself is free of this coating (EP 1160611) 1], US 2004169136 [2], US 6803558 [3]). The film can be applied by vapor deposition of a metal in a vacuum and the tip can be removed by chemical etching. Disadvantage of the known probe is their relatively low resolution.
Dem technischen Prinzip nach kommt der vorgeschlagenen Sonde eine Sonde am nächsten, die in dem aus EP 1408327 [5] oder JP 2004163417 [6] bekannten Nahfeldmikroskop verwendet wird. Die Sonde ist eine optische Faser mit zylindrischem oder konischem Ende. Von aussen sind auf die optische Faser Streifen aus einem leitenden Material wie Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Chrom, Wolfram, Platin oder anderen aufgetragen. Die leitfähigen Streifen müssen durch einen nicht mehr als ca. 100 nm breiten Spalt von einander getrennt sein. According to the technical principle, the proposed probe comes closest to a probe which is used in the near-field microscope known from EP 1408327 [5] or JP 2004163417 [6]. The probe is an optical fiber with a cylindrical or conical end. From the outside are Strips of a conductive material such as gold, silver, copper, aluminum, chromium, tungsten, platinum or other are applied to the optical fiber. The conductive strips must be separated by a gap not more than about 100 nm wide.
Nachteil der bekannten Sonde ist das verhältnismässig geringe Auflösungsvermögen des Mikroskops, mit dem sie zusammen verwendet wird.  Disadvantage of the known probe is the relatively low resolution of the microscope, with which it is used together.
Die vorgeschlagene Sonde verfolgt das Ziel, das Auflösungsvermögen des Mikroskops, in dem es verwendet wird, zu erhöhen.  The proposed probe aims to increase the resolution of the microscope in which it is used.
Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass die Sonde des optischen Nahfeldmikroskops ausgeführt ist als Lichtleiter mit zugespitztem Ende mit auf die Oberfläche des Lichtleiters aufgetragenen und sich zur Spitze hin vereinigenden Streifens leitenden Materials und einem auf die Spitze aufgetragenen Quantenpunkt mit einem Dämpfungspeak, welcher gleich der Wellenlänge der benutzten Strahlung ist.  The stated aim is achieved by designing the probe of the near-field optical microscope as a tapered-end optical fiber having a stripe of conductive material applied to the surface of the optical fiber and a peaking quantum dot having a damping peak equal to that of FIG Wavelength of the used radiation is.
Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass in der Umgebung des Quantenpunktes und symmetrisch zu ihm wenigstens zwei Elemente angeordnet sind, welche aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex verfertigt sind.  The stated goal is achieved by arranging in the vicinity of the quantum dot and symmetrically to it at least two elements which are made of a material having a negative refractive index for the wavelength of the radiation used in the microscope.
Das angegebene Ziel wird dadurch erreicht, dass die Elemente aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex unter Bildung eines geschlossenen Kreises um den Quantenpunkt herum gruppiert sind.  The stated objective is achieved by grouping the elements of material with a negative refractive index radiation used for the wavelength of the microscope used in the microscope to form a closed circle around the quantum dot.
Die Ausführung der Sonde mit angespitztem Ende ist unverzichtbar, will man die Lokalität der Konzentration der optischen elektromagnetischen Strahlung und dem entsprechend das räumliche Auflösungsvermögen der Nahfeldmikroskope erhöhen.  The design of the pointed end probe is indispensable if one wants to increase the locality of the concentration of optical electromagnetic radiation and, correspondingly, the spatial resolution of the near field microscopes.
Die Beschichtung der Lichtleiteroberfläche mit zur Spitze hin zusammenlaufenden Streifen aus leitendem Material ist im Stande, das Auflösungsvermögen des Mikroskops zu erhöhen, weil die Streifen aus leitendem Material einen Mehrfachelektroden-Wellenleiter bilden. Dieser Wellenleiter kennt im Gegensatz zu einem runden Wellenleiter keine Beschränkungen bezüglich minimaler Abmessungen, unterhalb derer der Wellenleiter in einen Modus übergeht, der gekennzeichnet ist durch eine exponentielle Abnahme der Leistung der sich um die Wellenleiterachse ausbreitenden Grenzbereichsstrahlung. Der Mehrfachelektroden-Wellenleiter arbeitet bei beliebigen Wellenlängen vom Gleichstrom bis in den optischen Bereich.  The coating of the optical fiber surface with conductive material strips converging toward the tip is capable of increasing the resolution of the microscope because the strips of conductive material form a multi-electrode waveguide. This waveguide, unlike a round waveguide, has no restrictions on minimum dimensions below which the waveguide transitions to a mode characterized by an exponential decrease in the power of the boundary radiation propagating around the waveguide axis. The multi-electrode waveguide operates at arbitrary wavelengths from the direct current to the optical range.
Durch den Auftrag eines Quantenpunktes mit einem Dämpfungspeak, welcher gleich der Wellenlänge der benutzten Strahlung ist, auf der Spitze des Lichtwellenleiters, kann das Auflösungsvermögen des Mikroskops noch weiter erhöht werden. Das ist so zu erklären, dass der Absorptionsbereich sich durch erhöhte effektive Werte für Brechungs- und Dämpfungsindex auszeichnet, was zur stärkeren örtlichen Konzentration der optischen Strahlung führt. By applying a quantum dot with an attenuation peak which is equal to the wavelength of the used radiation on the tip of the optical waveguide, the resolution of the microscope can be further increased. This can be explained by the fact that the absorption range is due to increased effective values for refractive and damping index distinguishes, which leads to the stronger local concentration of optical radiation.
In besonderen Fällen ist es zweckmässig, in der Umgebung des Quantenpunktes und symmetrisch zu ihm wenigstens zwei Elemente anzuordnen, welche aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex verfertigt sind. Dadurch kann das Auflösungsvermögen des Mikroskops weiter erhöht werden. Der Grad der räumlichen Konzentration der optischen Strahlung ist proportional zur Differenz der Brechungsund Dämpfungsindizes des zentralen Bereichs des Lichtwellenleiters und seiner Umgebung. Eine Erhöhung der Differenz der Brechungs- und Dämpfungsindizes der Bereiche des Lichtwellenleiters führt zu einer grösseren lokalen Konzentration der sich ausbreitenden Strahlung. In special cases, it is expedient to arrange in the vicinity of the quantum dot and symmetrically to him at least two elements which are made of a material having a negative refractive index used for the wavelength of the radiation used in the microscope. As a result, the resolution of the microscope can be further increased. The degree of spatial concentration of the optical radiation is proportional to the difference in refractive and attenuation indices of the central portion of the optical fiber and its surroundings. An increase in the difference between the refractive and attenuation indices of the regions of the optical waveguide leads to a greater local concentration of the propagating radiation.
Werden in besonderen Fällen Elemente aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex unter Bildung eines geschlossenen Kreises um den Quantenpunkt herum gruppiert, so macht auch dies sich in einer Erhöhung des Auflösungsvermögens bemerkbar. In diesem Falle kommt es durch diese Art der Anordnung der Elemente aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex zu einer stärker symmetrischen lokalen Konzentration, was letztendlich auch wieder zu einer Erhöhung des Auflösungsvermögens des Mikroskops führt. If, in special cases, elements made of a material with a negative refractive index radiation used for the wavelength of the radiation used in the microscope are grouped around the quantum dot to form a closed circle, this also manifests itself in an increase in resolution. In this case, it comes through this type of arrangement of the elements of a material having a negative refractive index for the wavelength of the radiation used in the microscope to a more symmetrical local concentration, which ultimately leads to an increase in the resolution of the microscope again.
Im Folgenden soll das Prinzip der genannten Erfindung an Hand von Umsetzungsbeispielen und graphischem Material erklärt werden. In Abb. 2 ist das Funktionsschema der Umsetzung der Sonde in ihrer allgemeinsten Form dargestellt. In the following, the principle of said invention will be explained with reference to implementation examples and graphic material. In Fig. 2 the functional scheme of the implementation of the probe is shown in its most general form.
In Abb. 3 ist das Funktionsschema der Umsetzung der Sonde mit zwei Elementen aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex dargestellt. In Abb. 4 sind Varianten der Umsetzung mit Elementen aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex dargestellt (Sicht auf die Sondenspitze).  In Fig. 3 is the functional diagram of the implementation of the probe with two elements made of a material having a negative refractive index used for the wavelength of the microscope used in the microscope. In Fig. 4 variants of the implementation with elements of a material with a wavelength of the microscope used in the negative refractive index radiation are shown (view of the probe tip).
Die Sonde des optischen Nahfeldmikroskops enthält den Lichtleiter 8 mit dem angespitzten Ende 9, das aus jedem für diesen Zweck geeigneten dielektrischen Material hergestellt sein kann. Es ist bekannt, dass Lichtleiter normalerweise aus Polymeren oder Quarz hergestellt werden [6]. Im gegebenen Zusammenhang ist der Terminus "Anspitzung" relativen Charakters wie auch der "Terminus "Punkt" z. B. Jede Spitze hat in Wirklichkeit mehrere Endabmessungen (im Idealfall ein einziges Atom). Auf die Aussenfläche des Lichtleiters sind zur Spitze hin zusammenlaufende Streifen aus leitendem Material 10 aufgebracht. Ihre Zahl ist beliebig, z. B. zwei (s. Abb. 1) oder sechs (s. Abb. 2) usw. Die Streifen dürfen aus jedem geeigneten Material, z. B. aus einem der in [6] aufgezählten Materialien, unter Verwendung bekannter Technologien [2,3,4] hergestellt sein. Am Ende der Spitze 9 befindet sich der Quantenpunkt 11 mit einem Dämpfungspeak, welcher gleich der Wellenlänge der benutzten Strahlung ist. Dieser Punkt stellt einen Bereich dar, der aus der Gesamtheit der Atome des leitenden oder Halbleitermaterials besteht. Der Abstand zwischen den erlaubten energetischen Niveaus im besagten Bereich ist gleich der Quantenenergie der verwendeten optischen Strahlung. Seine typische Grösse beträgt einige Nanometer. The probe of the near-field optical microscope includes the light guide 8 with the pointed end 9, which may be made of any suitable dielectric material for this purpose. It is known that optical fibers are usually made of polymers or quartz [6]. In the given context, the term "sharpening" is relative in nature, as is the term "point." For example, each peak has several final dimensions (ideally, a single atom.) On the outer surface of the optical fiber are converging strips towards the tip conductive material 10. Their number is arbitrary, eg two (see Fig. 1) or six (see Fig. 2), etc. The strips may be made of any suitable material, eg. From any of the materials enumerated in [6], using known technologies [2,3,4]. At the end of the tip 9 is the quantum dot 11 with an attenuation peak equal to the wavelength of the radiation used. This point represents a region consisting of the entirety of the atoms of the conductive or semiconductor material. The distance between the allowed energetic levels in said range is equal to the quantum energy of the used optical radiation. Its typical size is a few nanometers.
Er kann durch die folgende Methode der Spritzbeschichtung und lokalen Ätzung mit lonenstrahl zur Spitze ausgebildet worden sein. In der Umgebung des Quantenpunktes 11 können in besonderen Fällen der Umsetzung Elemente 12 aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex und mit einem erhöhten Dämpfungsindex vorhanden sein. Es müssen mindestens zwei sein, doch können es auch vier, sechs oder acht sein, oder sie können auch in Form eines geschlossenen, durchgehenden oder unterbrochenen Kreises (s. Abb. 3) ausgeführt sein. Als Material zu ihrer Herstellung können Resonanzvorrichtungen auf der Basis von Meta- oder Quantenmaterialien dienen. Die Elemente 12 müssen so angeordnet sein, dass es bei der Bewegung der Sonde gegen das Untersuchungsobjekt nicht zu einem Zusammenstoss mit dem Objekt kommt. Die Befestigung dieser Elemente am Gehäuse der Sonde kann durch Aufspritzen oder lokale lonenätzung vorgenommen werden.  It may have been formed by the following method of spray coating and local ion beam etching to the tip. In the vicinity of the quantum dot 11, in special cases of the conversion, elements 12 made of a material having a negative refractive index for the wavelength of the radiation used in the microscope and having an increased attenuation index may be present. It must be at least two, but it may also be four, six, or eight, or they may be in the form of a closed, continuous, or broken circle (see Fig. 3). Resonant devices based on meta- or quantum materials can serve as material for their production. The elements 12 must be arranged so that there is no collision with the object during the movement of the probe against the examination object. The attachment of these elements to the housing of the probe can be done by spraying or local ion etching.
Die Sonde wird im Nahfeldmikroskop auf folgende Weise verwendet. Die Sonde wird mit ihrem Quantenpunkt 11 an das Untersuchungsobjekt herangeführt. Der Lichtstrahl aus der zum Mikroskop gehörenden Quelle (auf der Zeichnung nicht gezeigt, da nicht zum Kern der Erfindung zählend) tritt über den Lichtleiter 8 in die Spitze 9 ein und verbiegt den Quantenpunkt 11. Beim Durchgang durch den Bereich e wird das Licht von den Streifen 10 zurückgeworfen. Beim Durchgang durch den Quantenpunkt 5 wird das Licht vom Bereich mit negativem Brechungsindex und erhöhtem Dämpfungsindex 12 reflektiert. Das vom Objekt reflektierte Licht kehrt über den Quantenpunkt 11 und den lichtleitenden Bereich 2 in entgegengesetztem Sinn zur Laufrichtung des eingeführten Lichts zurück.  The probe is used in the near field microscope in the following manner. The probe is introduced with its quantum dot 11 to the examination object. The light beam from the source belonging to the microscope (not shown in the drawing, as not forming part of the invention) enters the tip 9 via the light guide 8 and bends the quantum dot 11. When passing through the region e, the light from the Strip 10 thrown back. When passing through the quantum dot 5, the light is reflected from the region of negative refractive index and increased attenuation index 12. The light reflected from the object returns via the quantum dot 11 and the photoconductive region 2 in the opposite sense to the running direction of the introduced light.

Claims

Patentansprüche claims
1. Rasternahfeldsondenmikroskop, bestehend aus Sonde, Photoempfänger und kohärenter Strahlenquelle, an deren Ausgang ein Mittel angebracht ist zur Teilung des Lichtstroms in Bündel, von denen eines direkt auf den Photoempfänger ausgerichtet ist und das andere ins Sondeninnere, der vom untersuchten Objekt zurückgeworfene aus der Sonde austretende Lichtstrom ist auf den Photoempfänger ausgerichtet, und der Objektträger mit dem zu untersuchenden Objekt ist mit einer Quelle mechanischer Schwingungen verbunden, die für die Änderung der relativen Entfernung zwischen Sonde und Objektoberfläche sorgt. 1. A near-field probe microscope consisting of probe, photoreceptor and coherent radiation source, at the output of which means is arranged to divide the luminous flux into bundles, one of which is aligned directly with the photoreceiver and the other into the interior of the probe, the object reflected by the object being examined Exiting luminous flux is directed to the photoreceptor, and the slide with the object to be examined is connected to a source of mechanical vibrations which causes the change in the relative distance between the probe and the object surface.
2. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ausrichtung des Lichtstroms von der kohärenten Strahlungsquelle auf den Photoempfänger und die Sonde sowie von der Sonde auf den Photoempfänger verwendeten Mittel als optische Fasern ausgeführt sind.  2. Scanning probe microscope according to claim 1, characterized in that the means used for aligning the luminous flux from the coherent radiation source to the photoreceiver and the probe and from the probe to the photoreceiver are designed as optical fibers.
3. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das zur Teilung des Lichtstroms in Strahlen verwendete Mittel als Weiche für optische Fasern ausgeführt ist.  3. scanning probe microscope according to claim 1, characterized in that the means used to divide the luminous flux into beams is designed as a switch for optical fibers.
4. Rastersondenmikroskop nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle mechanischer Schwingungen als piezoelektrischer Umformer oder Magnetostriktor, welcher mit einem Generator elektrischer Schwingungen verbunden ist, ausgeführt ist. 4. Scanning probe microscope according to claim 1, characterized in that the source of mechanical vibrations as a piezoelectric transducer or magnetostrictor, which is connected to a generator of electrical vibrations, is executed.
5. Sonde eines optischen Nahfeldmikroskops, ausgeführt als Lichtleiter mit zugespitztem Ende mit auf die Oberfläche des Lichtleiters aufgetragenen und zur Spitze hin zusammenlaufenden Streifen leitenden Materials und einem auf die Spitze aufgetragenen Quantenpunkt mit einem Dämpfungspeak, welcher gleich der Wellenlänge der benutzten Strahlung ist. 5. probe of a near-field optical microscope, designed as a light guide with a pointed end with applied to the surface of the light guide and converging towards the tip strip of conductive material and a tip applied to the quantum dot with an attenuation peak which is equal to the wavelength of the radiation used.
6. Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Umgebung des Quantenpunktes und symmetrisch zu ihm wenigstens zwei Elemente angeordnet sind, welche aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex verfertigt sind.  6. A probe according to claim 5, characterized in that in the vicinity of the quantum dot and symmetrically to him at least two elements are arranged, which are made of a material having a negative refractive index used for the wavelength of the radiation used in the microscope.
7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente aus einem Material mit einem für die Wellenlänge der im Mikroskop verwendeten Strahlung negativen Brechungsindex unter Bildung eines geschlossenen Kreises um den Quantenpunkt herum gruppiert sind.  7. A probe according to claim 6, characterized in that the elements are grouped from a material having a negative refractive index used for the wavelength of the microscope used in the microscope to form a closed circle around the quantum dot around.
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