近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡，特別是一種采用無(wú)孔探針，用垂直入射-聚集方式收集近場(chǎng)光的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類(lèi)已經(jīng)邁入網(wǎng)絡(luò)化和信息化時(shí)代，大容量、高密度和快速傳播是數(shù)字化存儲(chǔ)的顯著特征。磁盤(pán)存儲(chǔ)方式因其大容量、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)仍然是目前科研和工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，代表性技術(shù)包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(Hard disk drive, HDD)和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(Optical disc drive，0DD)，分別問(wèn)世于 1956年(IBM_350)、1975年(compact disc，CD)。相比于HDD，0DD技術(shù)還具有非接觸式讀寫(xiě)和擦除、信息的信噪比高、信息位的價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。信息領(lǐng)域的中心問(wèn)題就是存儲(chǔ)能力，只有存儲(chǔ)容量的不斷增大，才能滿(mǎn)足信息社會(huì)高速發(fā)展的需要。要提高信息存儲(chǔ)容量，必須不斷減小用于記錄信息的信息位的尺寸。但當(dāng)尺寸減小到一定程度時(shí)，磁存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)技術(shù)分別面臨“超順磁效應(yīng)”和“衍射極限”問(wèn)題。為了盡可能的降低“超順磁效應(yīng)”磁存儲(chǔ)技術(shù)從平面存儲(chǔ)轉(zhuǎn)向垂直存儲(chǔ)。光存儲(chǔ)技術(shù)利用更短波長(zhǎng)的藍(lán)光光源和增加物鏡數(shù)值孔徑實(shí)現(xiàn)縮小光斑，減少衍射極限的影響，但是并沒(méi)有從根本上解決衍射極限問(wèn)題?？蒲泄ぷ髡呓Y(jié)合光記錄以及磁記錄的優(yōu)點(diǎn)，提出了激光熱輔磁記錄技術(shù)進(jìn)一步提高存儲(chǔ)能力，但仍然受限于衍射極限問(wèn)題。因而，現(xiàn)行磁存儲(chǔ)和遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)已經(jīng)無(wú)法進(jìn)一步提高存儲(chǔ)能力了。1991年Betzig發(fā)明了近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(ScanningNear-field Optical Microscope , SN0M)，突破了衍射極限實(shí)現(xiàn)了納米光學(xué)探測(cè)。1992年他成功將近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡應(yīng)用于光學(xué)存儲(chǔ)中，實(shí)現(xiàn)了約45Gbit/inch2的超高記錄密度。從此，近場(chǎng)光存儲(chǔ)技術(shù)成為光存儲(chǔ)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，受到研究人員和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0003]前期的探針型SNOM主要采用直徑為納米級(jí)的孔徑探針尖端作記錄頭，Hosaka等人利用半導(dǎo)體激光作為光源實(shí)現(xiàn)了 60納米的記錄磁疇。近場(chǎng)光收集能力受限于小孔孔徑的限制，它的空間分辨率一般大于50 nm。為克服探針孔徑的束縛，研究人員提出了無(wú)孔探針型近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡。側(cè)向入射，側(cè)向探測(cè)是對(duì)非透明材料研究的主要探測(cè)方式:探針頂部表面鍍有一層金屬薄膜，將偏振光聚焦在探針頂點(diǎn)區(qū)域，探針在近場(chǎng)區(qū)域擾動(dòng)，使得近場(chǎng)光散射到遠(yuǎn)場(chǎng)空間中用于探測(cè)。近年文獻(xiàn)表明該探測(cè)方式的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了〈10 nm的空間分辨率。利用入射光的偏振性，無(wú)孔探針型SNOM已用來(lái)研究局域磁性薄膜磁疇、等離子共振等問(wèn)題，但縱向近場(chǎng)磁光表面克爾效應(yīng)研究尚不足，究其原因，主要因?yàn)樯⑸涔馓綔y(cè)的背景信號(hào)(遠(yuǎn)場(chǎng)光)較大，而且遠(yuǎn)場(chǎng)光與磁場(chǎng)的相互作用也將被納入探測(cè)系統(tǒng)中去。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的所采用的技術(shù)方案是:一種近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路，所述近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路中由He-Ne激光器發(fā)出的一束線偏振光依次經(jīng)過(guò)四分之一波片A、分光棱鏡、物鏡A、探針至載物臺(tái)形成近場(chǎng)光學(xué)產(chǎn)生光路;從探針?lè)瓷涞姆瓷涔庖来谓?jīng)過(guò)物鏡A、分光棱角、四分之一波片B、格蘭泰棱鏡、物鏡，由光電接收器接收至圖像顯示系統(tǒng)。
[0006]探針背面設(shè)有V型槽，V型槽內(nèi)涂有一層金屬薄膜，用于激光聚焦到V型槽內(nèi)時(shí)，在探針表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品的光學(xué)信息。
[0007]所述格蘭泰棱鏡，用于將反射光中相位不同的遠(yuǎn)場(chǎng)光和近場(chǎng)光區(qū)分開(kāi)。
[0008]所述四分之一波片A，用于將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
[0009]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明能有效抑制遠(yuǎn)場(chǎng)背景光，提高近場(chǎng)光的信噪比，且能達(dá)到小于10納米的空間分辨率。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本發(fā)明的高分辨率近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]如圖1所示，一種近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，采用垂直入射-聚集近場(chǎng)光收集方式獲取近場(chǎng)光信號(hào)。本發(fā)明包含一條近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路。
近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路中由He-Ne激光器I發(fā)出的一束線偏振光依次經(jīng)過(guò)四分之一波片A2、分光棱鏡3、物鏡A4、探針5至載物臺(tái)形成近場(chǎng)光學(xué)產(chǎn)生光路;從探針5反射的反射光依次經(jīng)過(guò)物鏡A4、分光棱角3、四分之一波片B7、格蘭泰棱鏡8、物鏡B9，由光電接收器⑩接收至圖像顯示系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明的工作原理:
首先由He-Ne激光器I發(fā)出一束線偏振光，經(jīng)過(guò)四分之一波片A2，將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光，再經(jīng)過(guò)分光棱鏡3，物鏡A4，將圓偏振光聚集到V型氮化硅原子力的探針5，因?yàn)?，在探?背后涂一層金屬薄膜，當(dāng)激光聚焦到V型槽內(nèi)，在探針5表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品6的光學(xué)信息。同時(shí)從探針5反射回來(lái)的遠(yuǎn)、近場(chǎng)光經(jīng)過(guò)物鏡A4、分光棱鏡3，四分之一波片B7，到達(dá)格蘭泰棱鏡8，格蘭泰棱鏡將相位不同的遠(yuǎn)場(chǎng)光和近場(chǎng)光區(qū)分開(kāi)，最后所需要的近場(chǎng)光經(jīng)過(guò)物鏡B9，由光電接收器10接收后，輸入圖像顯示系統(tǒng)。本發(fā)明采用入射-聚集型方式有利于將遠(yuǎn)場(chǎng)光斑聚焦到V型槽內(nèi)，增加納米光源強(qiáng)度，提高近場(chǎng)光信號(hào)的信噪比。該近場(chǎng)光產(chǎn)生和收集方式也將探針的結(jié)構(gòu)信息與遠(yuǎn)近反射光相位聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)探針結(jié)構(gòu)以及控制探針與樣品之間的距離，可以有效抑制遠(yuǎn)場(chǎng)光強(qiáng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路，其特征在于:所述近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路中由He-Ne激光器發(fā)出的一束線偏振光依次經(jīng)過(guò)四分之一波片A(2)、分光棱鏡(3)、物鏡A(4)、探針(5)至載物臺(tái)形成近場(chǎng)光學(xué)光路;從探針(5)反射的反射光依次經(jīng)過(guò)物鏡A(4)、分光棱角(3)、四分之一波片B(7)、格蘭泰棱鏡(8)、物鏡(9)，由光電接收器(10)接收至圖像顯示系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述探針(5)背面設(shè)有V型槽，V型槽內(nèi)涂有一層金屬薄膜，用于激光聚焦到V型槽內(nèi)時(shí)，在探針表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品(6)的光學(xué)信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述格蘭泰棱鏡(8)，用于將反射光中相位不同的遠(yuǎn)場(chǎng)光和近場(chǎng)光區(qū)分開(kāi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述四分之一波片A(2)，用于將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種近場(chǎng)偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路，所述近場(chǎng)光學(xué)探測(cè)光路中由He-Ne激光器發(fā)出的一束線偏振光依次經(jīng)過(guò)四分之一波片A、分光棱鏡、物鏡A、探針至載物臺(tái)形成近場(chǎng)光學(xué)產(chǎn)生光路；從探針?lè)瓷涞姆瓷涔庖来谓?jīng)過(guò)物鏡A、分光棱角、四分之一波片B、格蘭泰棱鏡、物鏡，由光電接收器接收至圖像顯示系統(tǒng)。本發(fā)明能有效抑制遠(yuǎn)場(chǎng)背景光，提高近場(chǎng)光的信噪比，且能達(dá)到小于10納米的空間分辨率。
【IPC分類(lèi)】G01Q60/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105588954
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610167405
【發(fā)明人】金濤, 沈璐
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日