扫描近场光学显微镜
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扫描近场光学显微镜

扫描近场光学显微术(Scanning Near-filed Optical Microscopy,SNOM )是20世纪50年代初发展起来的一种新型高分辨率光学成像方法。扫描近场光学显微镜属于扫描探针显微镜(SPM)家族的一员。除了具有探针扫描显微术所独有的特点和优势以外,还提供在纳米尺度研究样品光学特征的能力,如局域发光、吸收、反射、偏振等。常见的扫描近场光学显 微镜使用一个具有亚波长孔径( 30-10 nm)的探针,在接近样品表面的区域(通常是10 nm左右)即光学近场区域扫描。探针或者作为激发光源(照明模式 ),或者作为光信号的接收器(收集模式)。逐点扫描获得的信号经计算机处理形成图像。这种独特的成像方式测量物体表面隐失场的光学信息,克服常规光学显微镜成像时所受的衍射极限的限制,可以达到几十纳米甚至几纳米的光学空间分辨率)。而近场光谱则测量在纳米微区光的颜色变化,即光谱信息由于近场光学成像和近场光谱提供了前所未有的光学高分辨本领研究手段,在凝聚态物理、化学、材料科学、生命科学等领域得到广泛的应用。

散射型受激拉曼散射显微术的光源被限制在连续波或者高重复率的脉冲激光(原因是受到锁相检测机制的限制)。把振荡s-SNOM的机械相位与脉冲的散射信号关联在一起,可以使用高峰值功率且低重复速率脉冲的s-SNOM,例如飞秒激光放大器,来进行强光-物质相互作用的研究和纳米级的非线性过程。常规的s-SNOM的光源被限制在持续波或高重复率的脉冲激光,不能使用低重复率的脉冲源。
在s-SNOM中,AFM在轻敲模式下驱动尖锐的金属或金属涂层针尖在样品的感兴趣区域内进行扫描。外部光源耦合到针尖的顶部,针尖和样品下部的散射光被收集,然后,通过光学探测器转化为电信号。电信号流入到锁相放大器,锁相解调与参考信号频率相同的具有针尖振动频率的谐波信号。外部辐照的光学频率匹配到特定物理过程的振动如电子、振动或极化共振等。s-SNOM可以使用各种光源如气体激光器、固态激光器、自由电子激光器或非相干光源如同步辐照或黑体辐射加热热源。


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无孔SNOM使用共振驱动的振荡尖端来调制入射光或者THz辐射,保持尖端处于共振状态可以提供最大的传感器灵敏度,并且可以通过锁相环(PLL)实现。THz辐射由尖端进行调制并用锁相放大器进行检测。通过使用双调制方法例如调制入射太赫兹光束可以实现更好的信噪比。


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散射型扫描近场光学显微镜实验连接示意图及其成像结果


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