掃描近場光學顯微鏡概述及應用

掃描近場光學顯微鏡（SNOM——ScanningNear－fieldOeticalMicr0SCOPP）是依據近場探測原理發展起來的一種光學掃描探針顯微（SPM）技術。其分辨率突破光學衍射極限，達到10～．200。m。在技術應用上．SNOM為單分子探測，生物結構、納米微結構的研究，半導體外陷分析及zui子結構研究等多個領域提供了一種有力的工具；在物理上．它將量子光學、波導光學、介視物理等多個學科在一起，并由此開辟了一個新的光學研究領域—一近場光學（Near－fie山OptiCS）o一、SNOM發展歷史和國內外研究現狀按照AbbeL’‘原理，傳統光學顯微鏡的分辨率受到光學衍射極限的限制，即：ne＝＝＝一式中，人為照明光波長，，i和O分別為物方空間折射率和半角孔徑。

８０年代以來，隨著科學技術向小尺度與低維空間的推進以及掃描探針顯微技術的發展，在光學領域中出現了一個新學科一一近場光學。近場光學是指光探測器及探測器與樣品間距均小于輻射波長條件下的光學現象；而近場光學顯微鏡是基于近場光學理論的一種新型超高空間分辨率光學儀器。１９８４年，近場光學顯微鏡的原型“光學聽診器”的發明，標志著人類*次突破了光學顯微鏡的衍射極限分辨率。自１９９２年用單模光纖做成光學探針以及利用切變力進行探針針尖至樣品表面距離測控后，近場光學顯微鏡開始被作為一種用于觀察和研究亞波長物體的外觀形貌和內在性質的新型光學儀器。在此后的短短幾年內，在納米和介觀尺度上，它被廣泛應用到物理、化學、生物、醫學和信息等領域。

近場光學顯微鏡的應用：

由于近場光學顯微鏡能克服傳統光學顯微鏡低分辨率以及掃描電子顯微鏡和掃描隧道顯微鏡對生物樣品產生損傷等缺點，因此得到了越來越廣泛的應用，特別是在生物醫學以及納米材料和微電子學等領域。

掃描近場光學顯微鏡（SNIM）是SNOM的一個分支，是SNOM技術在紅外領域的應用。為獲取高分辨信息，用于定位、掃描、近場探測的微探針是SNIM中非常關鍵的部分。微探針的形式很多，大致分為兩類：小孔探針和無孔探針，而小孔探針往往是光纖探針。當光纖探針至被測樣品的距離一定時，光纖探針的通光小孔大小和針尖的錐角形狀，決定了SNIM的分辨率、靈敏度及傳輸效率。但是把紅外光纖制成用于SNIM和微探針是比較困難的事。和可見光波段的光纖探針制備相比，一方面適合于中紅外波段（2.5~25mm）的光纖種類太少；另一方面，現有的紅外光纖都比較脆，延展性和柔軟性很差，而且化學性質不理想。為降低光衰減，制成高質量紅外光纖探針是比較困難的事。

國外一些研究SNIM的機構在探頭方面采用了其他方式的光探針，如日本的Kawata等發展的球狀棱鏡探針，德國的Fischer等研制的四面體探針，以及zui近KNOLL等利用半導體（如硅）聚合物制成的無孔散射探針等。上述微探針的方案對于我們來說是不太可能的，因為要求的制作工藝水平很高，需要專門的設備，又由于我們的SNIM設計選擇了反射模式，zui終采用了光纖探針的方案。

在微探針研制過程中，要考慮兩個方面的問題：一方面，必須使光探針的通光小孔盡可能小，另一方面，要使通過通光小孔的光流量盡可能的大，以得到高的信噪比。對于光纖探針，針部的直徑愈小分辨率愈高，但是通光率將變小。同時要求探針錐尖部分越短越好，因為錐尖越長，光傳播通過一個小于其波長的波導也就越遠，這樣光衰減就越大。所以，光纖探針制作中所追求的目標是得到一種針部尺寸小和錐尖部分短的針尖。