掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡SNOM

掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(scanning near-field optical microscopy, SNOM)，能在納米尺度上探測(cè)樣品的光學(xué)信息，打破了長(zhǎng)久以來(lái)經(jīng)典(或遠(yuǎn)場(chǎng))光學(xué)顯微鏡理論分辨率的阿貝衍射極限，將光學(xué)分辨率提高了幾十甚至上百倍。且縱向分辨率優(yōu)于橫向分辨率，能夠得到清晰的三維圖像，以及局域熒光、偏振、折射率、光吸收率、光譜等信息。

掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的特點(diǎn)

與普通光學(xué)顯微鏡(OM)相比，SNOM明顯的不同之處在于：

◆ 照明光源的尺度和照明方法不同。

普通OM用擴(kuò)展光源在遠(yuǎn)場(chǎng)照明樣品，SNOM用納米局域光源在納米尺度的近場(chǎng)距離內(nèi)照明樣品(SNOM的樣品照明和樣品信號(hào)收集兩者必須至少有一個(gè)在近場(chǎng)區(qū)域，而普通OM的兩者都工作在遠(yuǎn)場(chǎng))。

◆ 工作方式不同。

普通OM采用“整體”照明“整體”成像的工作方式，而SNOM采用“逐點(diǎn)”掃描照明“整體”成像的工作方式。

◆ 成像方法不同。

普通OM用肉眼(或照相機(jī)、攝像機(jī)等)直接觀察(或接收)放大了的物體圖像，而在SNOM中，由顯微物鏡放大并經(jīng)光電倍增管接收的來(lái)自樣品的局域光信號(hào)不能直接形成圖像，必須用掃描技術(shù)使局域光源逐點(diǎn)掃描照明樣品，由光電接收器接收光信號(hào)，再借助計(jì)算機(jī)把來(lái)自樣品各點(diǎn)的局域光信號(hào)轉(zhuǎn)換成樣品圖像。

SNOM結(jié)構(gòu)的3大部分

◆ 照明系統(tǒng) (光信號(hào)輸入系統(tǒng)): 光源、光探針

◆ 光信號(hào)采集和再分配系統(tǒng): 樣品臺(tái)、反饋控制系統(tǒng)

◆ 光信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：光譜等

SNOW的應(yīng)用

◆ 與SEM、TEM、STM不同，SNOM用光子成像，由于光子沒(méi)有質(zhì)量和電荷，很容易聚焦和改變偏振，可以在氣體和液體介質(zhì)中傳播，對(duì)樣品一般不產(chǎn)生損壞。

◆ SNOM的出現(xiàn)使人們將光學(xué)性質(zhì)的研究拓展到納米尺度，許多研究組已報(bào)道高達(dá)20nm的分辨率，盡管還未達(dá)到SEM或STM的精度，但由于光子具有電子所未有的上述優(yōu)點(diǎn)，可以提供其他方法所不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，如近場(chǎng)光譜等。

◆ 近年來(lái)，在單個(gè)分子成像、光致熒光及其瞬態(tài)光學(xué)性質(zhì)，超高密度磁光存儲(chǔ)材料的磁疇結(jié)構(gòu)研究，載流子擴(kuò)散，生物材料的原位納米尺度光學(xué)成像，量子器件的發(fā)光特性以及表面等離子增強(qiáng)的近場(chǎng)現(xiàn)象等研究取得了很大進(jìn)展。

應(yīng)用實(shí)例

◆ 近場(chǎng)光誘發(fā)的質(zhì)量轉(zhuǎn)移

◆ 高分辨光學(xué)成像

◆ 高密度存儲(chǔ)

◆ 生命科學(xué) (細(xì)胞，DNA……)

◆ 材料科學(xué)

審核編輯 黃宇