近場光學顯微鏡探針位置控制及信號采集技術的研究.pdf

1、圖書分類號：TP221.6U.D.C.:620工學碩士學位論文近場光學顯微鏡探針位置控制及信號采集技術的研究碩士研究生：潘宏宇導師：張健教授申請學位：工學碩士學科、專業(yè)：儀器科學與技術所在單位：自動化測試與控制系答辯日期：2007年7月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要掃描近場光學顯微鏡SNOM(ScanningNearfieldOpticalMicroscope)是上世紀八十年代出現(xiàn)的新型顯微儀器。與傳統(tǒng)的

2、光學顯微鏡相比，它能夠突破衍射極限的限制，達到亞波長的分辨率；與原子力顯微鏡等非光學顯微鏡相比，它以光子作為信息傳遞載體，可以對樣品進行無損傷掃描，對樣品的形態(tài)、導電性限制極少，還可以通過吸收、散射、反射、偏振等光學特性來揭示樣品豐富的物理和化學性質。它在物理、化學、生物、醫(yī)學、信息產業(yè)等領域均有廣泛的應用前景。本文在深入分析傳統(tǒng)光學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產生的原理和存在條件。在此基礎上確定了近場光

3、學顯微鏡的技術要點，并以此為依據設計了實驗系統(tǒng)的總體結構。近場光學顯微鏡系統(tǒng)由主機、電路兩部分構成。其中主機主要包括系統(tǒng)隔震、整體機械結構的搭建、激光耦合、探針位置控制，微位移執(zhí)行以及近場信號采集任務的完成；電路部分主要提供各種參考信號、通過計算機控制各驅動器位移的執(zhí)行、信號以及光電信號的處理。本文還使用時域有限差分法，對光纖探針出射電磁場分布進行了仿真，分別對不同針尖孔徑和探針錐角角度對出射光強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。本文采用基于石英晶體正、逆壓電效應的剪切力探針－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器件，實現(xiàn)了納米級的間距控制。并對二者的實際效果進行了對比，最終選定壓電陶瓷片為系統(tǒng)所用。通過對微弱信號檢測理論以及噪聲抑制的相關方法的研究，本文采用了基于光電倍增管和鎖相放大器的光電信號檢測電路，并用自制光斬波器為鎖相放大器提供參考信號，在達到設計的要求的同時降低了成本。經實驗驗證，本文設計的近場光學顯微鏡運行良好，實