微光电子的重要技术—近场扫描光学显微技术

微光电子的重要技术──近场扫描光学显微技术近场扫描光学显微技术（ｎｅａｒ—ｆｉｅｌｄｓｃａｎｎｉｎｇｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ＮＳＯＭ）是由美国ＡＴ＆ＴＢｅｌｌ实验室从九十年代开发，用于在数微米面积内工作的一种新型光学观察技术。在此之前，光...     

新型光学成像主其在生物医学中的应用

本文介绍了在生物医学中有广泛应用前景的共焦扫描光学显微镜、扫描近场光学显微术和光学相干微术三种新型成像技术的基本原理和应用。     

溶液环境中工作的扫描近场光学/荧光光谱显微术

我们采用双压电陶瓷片发展了一种切变力非光学检测探针一样品间距控制方法。基于这种方法，研制成能与倒置光学显微镜联合使用的扫描近场光学，荧光光谱显微系统，实现了在溶液环境中探针一样品间距的可靠控制和成像，获得了人体乳腺癌细胞内的近场荧光光谱。本文简要介绍该系统的工作原理以及利用该系统得到的实验结果。     

共振式光学扫描头实现线性扫描

文中讨论了共振式光学扫描头的特性，和利用共振扫描头实现线性扫描的原理。讨论了几种光学共振扫描线性化方案，同时比较了每一种线性化手段的特点，以及共振式光学扫描头在成像系统和印刷系统中的应用。     

选择液相外延法制备GaAs SNOM微探尖

使用GaAs（001）衬底模拟垂直腔面发射激光器（VCSEL）外延片表面，采用选择液相外延技术在其上面制备了用于超高密度光存储的扫描近场光学显微术GaAs微探尖阵列，并用扫描电子显微镜对微探尖阵列进行了表征．结果表明，在合适的条件下，微探尖呈金字塔状，并且有着较好的分布周期性．这对解决微探尖与VCSEL出光窗口的对准问题、批量制备问题和实现多探尖并行扫描具有实际应用价值．     

选择液相外延法制备GaAs SNOM微探尖

使用GaAs(001)衬底模拟垂直腔面发射激光器(VCSEL)外延片表面,采用选择液相外延技术在其上面制备了用于超高密度光存储的扫描近场光学显微术GaAs微探尖阵列,并用扫描电子显微镜对微探尖阵列进行了表征.结果表明,在合适的条件下,微探尖呈金字塔状,并且有着较好的分布周期性.这对解决微探尖与VCSEL出光窗口的对准问题、批量制备问题和实现多探尖并行扫描具有实际应用价值.     

用于扫描近场光学显微镜的一种新型非光学样品-探针间距测控方法

扫描近场光学显微镜ＳＮＯＭ自八十年代中期以来获得了的发展,并具有超衍射极限光学分辨率。作为ＳＮＯＭ的关键技术之一,样品与探针间距的控制十分重要而且实现起来比较困难。基于剪切力原理,本文提出了一种新型的样品－针尖间距测控的非光学方法,邓,利用压电陶瓷的压坟电效应,将压电陶瓷分为三部分,分别用地激励探针法动,固定地以及擦在振动变化。该方法的灵敏度很高,可将样吕－针尖的间距控制在３ｎｍ左右,而且廉价,制     

共焦扫描显像成像系统的非相干光学传递函数

共焦扫描光学显微（ＣＳＯＭ）系统有透射式和反射式,相干光和非相干光荧光等类型。ＣＳＯＭ系统的平面分辨率和纵发辨率依赖于放置在光电探测器前面的空间滤波器的孔径大小。根据不同孔径计算反射式荧光ＣＳＯＭ系统的非相干光学传递函数,并进一步说明反射式荧光ＣＳＯＭ系统的成像特性对孔径的依赖关系。     

对构成闭环振镜式光学扫描系统的研究

文中讨论并比较了几种振镜式光学扫描头的技术特性，并结合这些光学扫描头讨论了在实际应用中如何选择合适的光学扫描方式以形成所需要的光学扫描系统。     

光学相干层析术及其应用

光学相干层析术是一种新型的对活体组织进行非侵入的光学诊断成像技术。它将低相干干涉仪与共焦扫描显微术结合在一起，去掉物镜焦点之外的散射光，利用高灵敏度的探测技术，实现在光散射介质如生物组织中获得清晰的分层图像。     

近场光学显微术进展

讨论了近场光学显微术发展及其理论知识,重点介绍了近场光学显微镜的工作原理、构造设计、工作方式等,概述了近场光学显微术的应用领域和应用成果,探讨了近场光学显微术目前存在的主要问题和需要解决的问题。     

扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法

在动态原子力与近场光学扫描显微镜中,探针与样品的间距关系到分辨率以及扫描速度这两个最重要参数的性能。在对几种主要的动态原子力/扫描近场光学组合显微镜的探针/样品间距控制模式分析的基础上,认为提高探针Q值是提高扫描显微镜分辨率的有效方法。但是,对采用检测控制探针振幅模式,期望在提高分辨率的同时加快扫描成像速度是不可实现的,因而限制了其发展的空间。而在检测控制探针频率模式下,提高探针Q值,可有效提高扫描探针显微镜的分辨率,且不会制约扫描成像速度的提高。该结论为将来的纳米操作和纳米超高密度光存储的实用化提供了可能,对大连理工大学近场光学与纳米技术研究所研制的原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)的改进和产业化具有积极意义。     

VirtualLab Fusion对SNOM光纤探针外部光场分布的仿真

为了研究扫描近场光学显微镜（SNOM）光纤探针的光学特性,采用基于场追迹方法的光学软件VirtualLab Fusion进行了仿真实验,取得了SNOM光学探针尖端外部光场的分布情况。结果表明,沿z轴方向,不同截面上的光场分布都会呈现小孔衍射的图案,其中心斑点中心强度随着z值的变大而呈近似指数函数衰减,到z=100nm位置处几乎衰减为0;中心斑点轮廓线的半峰全宽随着z值的变大而呈现先不变后增大的趋势,其拐点处于z=20nm位置处,此时对应的中心强度值为7.2V/m2,这个强度值按指数函数计算正好处于z=0nm位置处强度的e-2。结果清晰显示了SNOM光学探针的光学特性,证实SNOM探针工作时需要与样品表面保持在10nm左右的必要性。     

用准静态电磁场方法研究扫描近场光学显微镜的耦合特性

为了研究扫描近场光学显微镜(SNOM)中探针和粗糙样品表面的耦合相互作用,采用准静态电磁场理论的方法,提出了一种模拟SNOM的理论模型。在该模型中,探针和样品突起由极化偶极子表示,样品平面的诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子辐射理论可以得到系统的场方程,通过自洽的方法可以求出任意偶极子位置处的严格解析解。该方法与通过并矢传播子方法得出的结果完全相同,其优点在于实用性和计算的简便性。     

激光扫描共焦荧光显微系统研究

讨论了激光扫描共焦荧光显微系统的光学设计问题,成象机理,参数确定及其设计关键,介绍了高精度光学扫描器件的设计方法及实现荧光共焦成象中成象器件的优化设计.     

介质加载表面等离激元的近场光学观测

利用扫描近场光学显微术(SNOM),观测并分析了基于银膜衬底上CdS纳米带的介质加载表面等离激元(Dielectric-loaded Surface Plasmon Polariton,DLSPP)的激发现象.通过SNOM可以观察到纳米带不同位置的光致荧光光谱峰位有30 meV的红移量.利用Franz-Keldysh效应可以很好地解释能量红移的产生.有限时域差分法的模拟结果进一步验证了实验中观测的现象.这种DLSPP的激发结构,对于光子集成电路及基于等离激元的微纳器件波导有实际意义.     

一种远场扫描发射光学系统的分析设计

根据光机扫描系统理论和发射光学系统理论设计,完成了大口径远场扫描发射光学系统．对其中的扫描光学子系统和发射子系统进行了分析设计．该系统可以产生高精度光束,形成不同的扫描图形,满足各种不同的远场光学扫描使用要求．     

测量大数值孔径光学系统小光斑的方法

介绍了一种小孔扫描测量大数值孔径光学系统小光斑的方法。利用近场光学显微镜的光纤探针采样技术和压电陶瓷扫描技术 ,可对光学系统小光斑的光强分布进行高空间分辨的测量。由于光纤探针采样点的大小为几十纳米或更小 ,压电陶瓷扫描间距为几纳米或更小 ,因此该方法特别适合大数值孔径光学系统小光斑的测量。实验证明 ,采用该方法 ,测量的空间分辨率可达 5 0～ 10 0nm左右。     

激光共聚焦显微镜在磨损表面粗糙度表征中的应用

磨损是材料常见的表面失效现象,粗糙度是数字化描述材料磨损表面形貌特征的最常用参数.采用激光共聚焦显微镜(LSCM),通过调节物镜倍率、测量视场和过滤参数等,能够得到材料磨损表面的真实形貌,同时能够对磨损表面三维(3D)形貌特征进行精确数字化描述.对常见的粗糙度值0.5～2.0μm磨损表面采用20×物镜扫描测量比较合适;粗糙度小于0.5μm的磨损表面宜采用50×物镜;粗糙度大于2.5μm宜采用10×物镜.对比较规则的磨损表面,采用1～3个物镜视场叠加扫描即可得到比较精确的粗糙度值;对于不太规则的磨损表面,则需要3～5个物镜视场叠加扫描.借助这一手段,采用上述优化参数对Cr5冷轧辊材料磨损各阶段试样表面形貌及粗糙度轮廓曲线进行表征、分析,效果较好.     

Exploiting Phonon‐Resonant Near‐Field Interaction for the Nanoscale Investigation of Extended Defects

The evolution of wide bandgap semiconductor materials has led to dramatic improvements for electronic applications at high powers and temperatures. However, the propensity of extended defects provides significant challenges for implementing these materials in commercial electronic and optical applications. While a range of spectroscopic and microscopic tools have been developed for identifying and characterizing these defects, such techniques typically offer either technique exclusively, and/or may be destructive. Scattering‐type scanning near‐field optical microscopy (s‐SNOM) is a nondestructive method capable of simultaneously collecting topographic and spectroscopic information with frequency‐independent nanoscale spatial precision (≈20 nm). Here, how extended defects within 4H‐SiC manifest in the infrared phonon response using s‐SNOM is investigated and the response with UV‐photoluminescence, secondary electron and electron channeling contrast imaging, and transmission electron microscopy is correlated. The s‐SNOM technique identifies evidence of step‐bunching, recombination‐induced stacking faults, and threading screw dislocations, and demonstrates interaction of surface phonon polaritons with extended defects. The results demonstrate that phonon‐enhanced infrared nanospectroscopy and spatial mapping via s‐SNOM provide a complementary, nondestructive technique offering significant insights into extended defects within emerging semiconductor materials and devices and thus serves as an important diagnostic tool to help advance material growth efforts for electronic, photonic, phononic, and quantum optical applications.