近場光學(xué)顯微鏡探針位置控制及信號采集技術(shù)的研究.pdf

1、圖書分類號：TP221.6U.D.C.:620工學(xué)碩士學(xué)位論文近場光學(xué)顯微鏡探針位置控制及信號采集技術(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：自動化測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，可以對樣品進(jìn)行無損傷掃描，對樣品的形態(tài)、導(dǎo)電性限制極少，還可以通過吸收、散射、反射、偏振等光學(xué)特性來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產(chǎn)生的原理和存在條件。在此基礎(chǔ)上確定了近場光

3、學(xué)顯微鏡的技術(shù)要點，并以此為依據(jù)設(shè)計了實驗系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。近場光學(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)行以及近場信號采集任務(wù)的完成；電路部分主要提供各種參考信號、通過計算機(jī)控制各驅(qū)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(jìn)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(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器件，實現(xiàn)了納米級的間距控制。并對二者的實際效果進(jìn)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(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(dá)到設(shè)計的要求的同時降低了成本。經(jīng)實驗驗證，本文設(shè)計的近場光學(xué)顯微鏡運行良好，實