收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

SNOM中折射率定标与提高扫速和对比度研究

王昭  
【摘要】: 传统光学显微镜的衍射极限在200到300纳米之间,扫描近场光学显微镜(SNOM)打破了这个限制。我们研究所已于2002年研制成功原子力与光子隧道扫描组合显微镜(AF/PSTM)功能性样机,2003年研制成功AF/RSNOM功能性样机;但是,在AF/PSTM中还存在折射率图像定标和成像扫描速度太慢两个重要问题;在AF/RSNOM中存在需要提高反射率图像的对比度问题。本文在总结我们所早期对SNOM开展的研究工作,重点阐述了以下三方面有一定创新意义的工作:1、在调整AF/PSTM两束不同照射光强条件下,获取六个信号联合求解方法,用于折射率定标。2、研制检频电路,制备“微悬臂/光纤”组合光探针,提高AF/PSTM的两个关键性能:扫描速度和灵敏度3、提出用光探针小振幅共振和锁相技术结合方法,消除图像反散射本底直流成分,更有效地提高了AF/RSNOM图像的对比度。对以上三方面SNOM重要性能改进已获初步试验成功。文章共分为五个部分。 第一部分先介绍了与SNOM具有密切关系的扫描隧道显微镜和原子力显微镜。对SNOM从以下几方面进行了阐述:一、SNOM的发展史。二、SNOM如何突破光学衍射极限的理论以及隐失场与样品精细结构的关系。三、SNOM仪器的构成和分类。 第二部分的中心是SNOM的通用器件构成和研制方法。探针是实现SNOM高质量成像的关键,采用了热拉伸与动态静态腐蚀结合方法进行制备了光纤探针,其尖端直径小于100nm,锥角在60°-90°。扫描电路和PC端软件使用了模块化设计,使得系统具有灵活性和可扩展性。SNOM的成像需进行预处理和后处理提高成像质量,硬件上采用双对称照明方法消除假象,软件使用卷积滤波器、傅立叶滤波器和K-L滤波器滤除噪声。 第三章的重点阐述AF/PSTM如何在近场测量透明样品折射率的绝对值、完成定标;以及为实现此构想而研制的一种新型照明光可控的AF/PSTM实验系统。理论上推导用该系统检测六个隐失场强度(获取六组不相关方程)求解方法测量样品折射率,获得定标。为了获取满足条件的方程组,设计了随探针振荡位置改变照明光强度的方法。这种新型显微镜中,使用一个反馈回路控制照射样品的光强,探针与样品保持等间距垂直振荡,照射样品的光有两束且位置对称。DSP控制照射光强改变、近场光强采样与探针振荡同步。在一个振荡周期获取一组近场光强极值,在另一个周期,改变每束光强度,隐失场分布发生改变,得到一组不同的近场光强极值,探针的三个振荡周期就可以获取六组不相关方程,从而计算得到样品折射率。实验结果表明这种方法不但能有效测量样品折射率,而且还能够得到样品表面倾角。 第四部分论述核心是提高AF/PSTM扫描速度和灵敏度。SNOM的探针工作在轻敲模式,有两种主要的模式对它的探针/样品间距进行控制:检测控制探针振幅模式和检测控制探针频率模式。在振幅调制模式中,具有高Q值的探针增加了系统稳定时间,扫描速度降低。新设计系统采用频率调制模式,它不受探针Q值的影响,因此相对于振幅调制模式提高了扫描速度。提高AF/PSTM扫描速度的改进首先设计了一个使探针振荡在共振频率的正反馈系统;使用锁相环路(PLL)是检测此系统频率的关键部件,对PLL的设计流程进行详细介绍。实验显示采用检测控制探针频率模式的AF/PSTM实测带宽为50Hz,比采用检测控制探针振幅模式增加了一个数量级。为了提高AF/PSTM实验系统扫描速度同时提高检测灵敏度,研制了压电微悬臂/光纤组合探针,叙述了使用微机械工艺制造微悬臂的流程和组合探针的装配过程。实验测得组合探针的共振频率在80KHz附近,品质因数Q为1500左右。使用组合探针的PSTM扫描红细胞膜样品图像证明它的灵敏度要高于使用压电陶瓷片驱动光纤探针系统。 第五部分主要研究提高原子力/反射扫描近场光学显微镜(RSNOM)中图像信噪比的方法。我们实验AF/RSNOM新系统用的光纤分束器采用45度金属膜光纤分束器(商品),其散射本底比早期使用的Y-型光纤分束器小;反射本底噪声是直流成分,因此探针以小振幅(5nm-10nm)振荡,采集的反射隐失光信息通过锁相环(相当于中心频率与探针振荡频率相同的带通滤波器)可消除反散射本底。对离子刻蚀金属光栅的扫描实验证明,新的AF/RSNOM实验系统的图像信噪比得到了有效改善。 本文最后总结了对SNOM研究所取得一些成果并且提出了展望,指出了本课题现存在的问题和进一步发展的方向。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 梁志红,张子勇,尹平河;SNOM/SFM结合的近场光学探针[J];现代科学仪器;2005年02期
2 张国平,明海,陈晓刚,吴云霞,谢建平;SNOM 光纤探针传输效率的研究[J];大连理工大学学报;1997年S2期
3 戴宏,周庆,宗容,陈尔纲;SNOM的光纤探针制备及扫描电镜观察[J];电子显微学报;1998年05期
4 金振,王克逸,黄文浩,林松;光子扫描隧道显微镜光场模拟与分析[J];光学学报;1998年06期
5 王刚,赵钧,刘静勇,张培林;反射式扫描近场光学显微镜及其成像[J];中国激光;1998年09期
6 陈晓刚,明海,张国平,吴云霞,谢建平;SNOM 光纤锥微米区波场性质[J];大连理工大学学报;1997年S2期
7 徐荣;陈步康;刘童岭;;近场虚拟目标在船载测控设备无塔校相中的应用研究[J];飞行器测控学报;2010年06期
8 李建鲁,范军,汤渭霖;水下简单形状目标回声的近远场过渡特性[J];上海交通大学学报;2001年12期
9 周晓明,赖声礼;手机与人体系统近场的研究综述[J];安全与电磁兼容;2002年06期
10 彭元;蔡继业;邢晓波;;AFM与SNOM表征抗原抗体分子的分布与特异性作用[J];光学仪器;2010年06期
11 周正华,周雍年,赵刚;强震近场加速度峰值比和反应谱统计分析[J];地震工程与工程振动;2002年03期
12 范军,李建鲁,刘涛,汤渭霖;水下复杂形状目标回声的过渡特性[J];上海交通大学学报;2002年02期
13 顾俊,王万富,童广德;引信目标RCS理论算法的发展及应用[J];上海航天;2003年04期
14 孟春霞;杨士莪;李桂娟;;船舶近场声辐射特性初探[J];海军工程大学学报;2008年01期
15 孙法坤;章新华;范文涛;綦敦浩;;期望最大化算法近场被动定位技术研究[J];应用声学;2011年03期
16 松尾和彦;手机比吸收率(SAR)评价装置[J];安全与电磁兼容;2003年02期
17 徐铁军,潘栋,王佳,章恩耀,田芊;SNOM压电扫描器非线性特征的测量与校正[J];压电与声光;2004年01期
18 张京国;梁晓庚;唐俊;;一种激光引信目标回波信号的计算方法[J];制导与引信;2008年01期
19 张丽霞;耿春萍;;时差测向近场测试误差分析[J];飞行器测控学报;2006年03期
20 毕传兴;陈心昭;徐亮;陈剑;;基于等效源法的Patch近场声全息[J];中国科学(E辑:信息科学);2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 余光正;谢菠荪;;用距离变化函数合成近场HRTF的误差分析[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
2 何国瑜;徐永斌;江贤祚;;天线近场快速计算及其相似理论[A];1997年全国微波会议论文集(下册)[C];1997年
3 蔡微;商广义;周瑜升;徐平;姚骏恩;;基于三维纳米定位平台的扫描近场光学显微镜[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
4 龚玫;李晓东;;近场头相关传输函数的测量方法研究[A];2006年声频工程学术交流会论文集[C];2006年
5 刘鸿博;陈福深;;一种近场无源定位方法[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
6 龚永飞;王元钦;;采用近场误差策略的自由场局部有源噪声控制[A];第三届全国嵌入式技术和信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
7 刘宁;王三德;尹文茂;;潜艇上方近场水下辐射噪声的双峰特性研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
8 程广利;徐国军;张明敏;刘承元;;投影层析成像算法在水下目标成像中的仿真研究[A];2007’促进西部发展声学学术交流会论文集[C];2007年
9 张玉军;;核废料处置概念库近场热-水-应力耦合模型及数值分析[A];盛世岁月——祝贺孙钧院士八秩华诞论文选集[C];2006年
10 陈铭;张玉;梁昌洪;;采用基于NURBS曲面建模的物理光学方法计算散射近场[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第三册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王昭;SNOM中折射率定标与提高扫速和对比度研究[D];大连理工大学;2010年
2 吴云良;扫描近场光学显微镜若干关键技术研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 李锦;近场超声非接触支撑与传输系统的理论与实验研究[D];上海交通大学;2012年
4 陶志福;微波近场回波的医学成像方法研究[D];华东师范大学;2011年
5 时洁;基于矢量阵的水下噪声源近场高分辨定位识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 李寻;基于高放废物深地质处置的溶质运移研究[D];浙江大学;2009年
7 梅继丹;水声声图测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 陈欢;直线阵潜艇噪声源高分辨定位识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
9 王晓秋;近场光学显微成像数值模拟研究[D];大连理工大学;2004年
10 魏征;基于扫描探针表面原子识别的前期实验研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白利伟;适用于VCSEL/SNOM复合探针的VCSEL特性研究[D];大连理工大学;2002年
2 张晶威;爆破近场振动测试仪的研究[D];中北大学;2012年
3 贺昌辉;矩量法分析目标的近场电磁散射[D];华中师范大学;2006年
4 马中胜;基于传感器阵列的定位方法研究与实现[D];吉林大学;2005年
5 原宗辉;低压电力线通信(PLC)网络电磁辐射测量问题的研究[D];华北电力大学(河北);2006年
6 胡郢;麦克风阵列声源定位和语言增强技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
7 罗长清;基于幅度加权二维面阵近场波束聚焦研究[D];西北大学;2011年
8 金桂玉;目标近场电磁散射特性计算与应用[D];南京理工大学;2012年
9 邢悦;低压高速电力线通信系统电磁辐射测量方法的研究[D];华北电力大学(河北);2007年
10 王媛;电磁环境影响检测平台的开发[D];电子科技大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 孙定;近场通信商用呼之欲出[N];计算机世界;2011年
2 本报记者 闫岩;近场通讯行业标准确定在即[N];国际商报;2011年
3 记者 刘春辉;南京电信“金陵翼卡通”:移动近场支付的成功尝试[N];人民邮电;2010年
4 孙定;近场通信技术将成为智能手机标配[N];计算机世界;2011年
5 ;近场通信实现畜牧业智能识别[N];人民邮电;2008年
6 甘建明 广安区记者站 何晟成;广罗乡推进居民集中点建设[N];广安日报;2010年
7 贾欣;奥地利开发出可储存信息的通信织物[N];中国纺织报;2011年
8 北京联通 吴潇;运营商做好近场支付有三大条件[N];通信产业报;2011年
9 遥歌;移动支付大受用户欢迎[N];人民邮电;2008年
10 张戈;金雅拓可信服务管理解决方案获万事达认证[N];电脑商报;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978