近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡探針位置控制及信號(hào)采集技術(shù)的研究.pdf

1、圖書(shū)分類號(hào)：TP221.6U.D.C.:620工學(xué)碩士學(xué)位論文近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡探針位置控制及信號(hào)采集技術(shù)的研究碩士研究生：潘宏宇導(dǎo)師：張健教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)所在單位：自動(dòng)化測(cè)試與控制系答辯日期：2007年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡SNOM(ScanningNearfieldOpticalMicroscope)是上世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的新型顯微儀器。與傳統(tǒng)的

2、光學(xué)顯微鏡相比，它能夠突破衍射極限的限制，達(dá)到亞波長(zhǎng)的分辨率；與原子力顯微鏡等非光學(xué)顯微鏡相比，它以光子作為信息傳遞載體，可以對(duì)樣品進(jìn)行無(wú)損傷掃描，對(duì)樣品的形態(tài)、導(dǎo)電性限制極少，還可以通過(guò)吸收、散射、反射、偏振等光學(xué)特性來(lái)揭示樣品豐富的物理和化學(xué)性質(zhì)。它在物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景。本文在深入分析傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡分辨率受到限制的原因后，討論了可以突破衍射極限的隱失場(chǎng)產(chǎn)生的原理和存在條件。在此基礎(chǔ)上確定了近場(chǎng)光

3、學(xué)顯微鏡的技術(shù)要點(diǎn)，并以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)由主機(jī)、電路兩部分構(gòu)成。其中主機(jī)主要包括系統(tǒng)隔震、整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的搭建、激光耦合、探針位置控制，微位移執(zhí)行以及近場(chǎng)信號(hào)采集任務(wù)的完成；電路部分主要提供各種參考信號(hào)、通過(guò)計(jì)算機(jī)控制各驅(qū)動(dòng)器位移的執(zhí)行、信號(hào)以及光電信號(hào)的處理。本文還使用時(shí)域有限差分法，對(duì)光纖探針出射電磁場(chǎng)分布進(jìn)行了仿真，分別對(duì)不同針尖孔徑和探針錐角角度對(duì)出射光強(qiáng)的影響作了理論上的討論，為探針的選用提供

4、了理論依據(jù)。本文采用基于石英晶體正、逆壓電效應(yīng)的剪切力探針－樣品間距控制方法，分別用石英音叉和壓電陶瓷片作為剪切力探測(cè)器件，實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)的間距控制。并對(duì)二者的實(shí)際效果進(jìn)行了對(duì)比，最終選定壓電陶瓷片為系統(tǒng)所用。通過(guò)對(duì)微弱信號(hào)檢測(cè)理論以及噪聲抑制的相關(guān)方法的研究，本文采用了基于光電倍增管和鎖相放大器的光電信號(hào)檢測(cè)電路，并用自制光斬波器為鎖相放大器提供參考信號(hào)，在達(dá)到設(shè)計(jì)的要求的同時(shí)降低了成本。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本文設(shè)計(jì)的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡運(yùn)行良好，實(shí)