近場偏振光掃描探針顯微鏡的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種近場光學顯微鏡，特別是一種采用無孔探針，用垂直入射-聚集方式收集近場光的近場光學顯微鏡。
【背景技術】
[0002]隨著社會和經濟的發展，人類已經邁入網絡化和信息化時代，大容量、高密度和快速傳播是數字化存儲的顯著特征。磁盤存儲方式因其大容量、壽命長等特點仍然是目前科研和工業技術發展的重點，代表性技術包括硬盤驅動器(Hard disk drive, HDD)和光盤驅動器(Optical disc drive，0DD)，分別問世于 1956年(IBM_350)、1975年(compact disc，CD)。相比于HDD，0DD技術還具有非接觸式讀寫和擦除、信息的信噪比高、信息位的價格低等優點。信息領域的中心問題就是存儲能力，只有存儲容量的不斷增大，才能滿足信息社會高速發展的需要。要提高信息存儲容量，必須不斷減小用于記錄信息的信息位的尺寸。但當尺寸減小到一定程度時，磁存儲和光存儲技術分別面臨“超順磁效應”和“衍射極限”問題。為了盡可能的降低“超順磁效應”磁存儲技術從平面存儲轉向垂直存儲。光存儲技術利用更短波長的藍光光源和增加物鏡數值孔徑實現縮小光斑，減少衍射極限的影響，但是并沒有從根本上解決衍射極限問題。科研工作者結合光記錄以及磁記錄的優點，提出了激光熱輔磁記錄技術進一步提高存儲能力，但仍然受限于衍射極限問題。因而，現行磁存儲和遠場光學存儲已經無法進一步提高存儲能力了。1991年Betzig發明了近場光學顯微鏡(ScanningNear-field Optical Microscope , SN0M)，突破了衍射極限實現了納米光學探測。1992年他成功將近場光學顯微鏡應用于光學存儲中，實現了約45Gbit/inch2的超高記錄密度。從此，近場光存儲技術成為光存儲研究的一個熱點，受到研究人員和工業界的廣泛關注。
[0003]前期的探針型SNOM主要采用直徑為納米級的孔徑探針尖端作記錄頭，Hosaka等人利用半導體激光作為光源實現了 60納米的記錄磁疇。近場光收集能力受限于小孔孔徑的限制，它的空間分辨率一般大于50 nm。為克服探針孔徑的束縛，研究人員提出了無孔探針型近場光學顯微鏡。側向入射，側向探測是對非透明材料研究的主要探測方式:探針頂部表面鍍有一層金屬薄膜，將偏振光聚焦在探針頂點區域，探針在近場區域擾動，使得近場光散射到遠場空間中用于探測。近年文獻表明該探測方式的近場光學顯微鏡已經實現了〈10 nm的空間分辨率。利用入射光的偏振性，無孔探針型SNOM已用來研究局域磁性薄膜磁疇、等離子共振等問題，但縱向近場磁光表面克爾效應研究尚不足，究其原因，主要因為散射光探測的背景信號(遠場光)較大，而且遠場光與磁場的相互作用也將被納入探測系統中去。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于克服上述現有技術的不足，提供一種近場偏振光掃描探針顯微鏡。
[0005]本發明解決技術問題的所采用的技術方案是:一種近場偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場光學探測光路，所述近場光學探測光路中由He-Ne激光器發出的一束線偏振光依次經過四分之一波片A、分光棱鏡、物鏡A、探針至載物臺形成近場光學產生光路;從探針反射的反射光依次經過物鏡A、分光棱角、四分之一波片B、格蘭泰棱鏡、物鏡，由光電接收器接收至圖像顯示系統。
[0006]探針背面設有V型槽，V型槽內涂有一層金屬薄膜，用于激光聚焦到V型槽內時，在探針表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品的光學信息。
[0007]所述格蘭泰棱鏡，用于將反射光中相位不同的遠場光和近場光區分開。
[0008]所述四分之一波片A，用于將線偏振光轉換為圓偏振光。
[0009]本發明的有益效果在于:本發明能有效抑制遠場背景光，提高近場光的信噪比，且能達到小于10納米的空間分辨率。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的高分辨率近場光學顯微鏡原理框圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。
[0012]如圖1所示，一種近場偏振光掃描探針顯微鏡，采用垂直入射-聚集近場光收集方式獲取近場光信號。本發明包含一條近場光學探測光路。
近場光學探測光路中由He-Ne激光器I發出的一束線偏振光依次經過四分之一波片A2、分光棱鏡3、物鏡A4、探針5至載物臺形成近場光學產生光路;從探針5反射的反射光依次經過物鏡A4、分光棱角3、四分之一波片B7、格蘭泰棱鏡8、物鏡B9，由光電接收器⑩接收至圖像顯示系統。
[0013]本發明的工作原理:
首先由He-Ne激光器I發出一束線偏振光，經過四分之一波片A2，將線偏振光轉換為圓偏振光，再經過分光棱鏡3，物鏡A4，將圓偏振光聚集到V型氮化硅原子力的探針5，因為，在探針5背后涂一層金屬薄膜，當激光聚焦到V型槽內，在探針5表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品6的光學信息。同時從探針5反射回來的遠、近場光經過物鏡A4、分光棱鏡3，四分之一波片B7，到達格蘭泰棱鏡8，格蘭泰棱鏡將相位不同的遠場光和近場光區分開，最后所需要的近場光經過物鏡B9，由光電接收器10接收后，輸入圖像顯示系統。本發明采用入射-聚集型方式有利于將遠場光斑聚焦到V型槽內，增加納米光源強度，提高近場光信號的信噪比。該近場光產生和收集方式也將探針的結構信息與遠近反射光相位聯系起來。通過合理設計探針結構以及控制探針與樣品之間的距離，可以有效抑制遠場光強。
【主權項】
1.一種近場偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場光學探測光路，其特征在于:所述近場光學探測光路中由He-Ne激光器發出的一束線偏振光依次經過四分之一波片A(2)、分光棱鏡(3)、物鏡A(4)、探針(5)至載物臺形成近場光學光路;從探針(5)反射的反射光依次經過物鏡A(4)、分光棱角(3)、四分之一波片B(7)、格蘭泰棱鏡(8)、物鏡(9)，由光電接收器(10)接收至圖像顯示系統。2.根據權利要求1所述的近場偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述探針(5)背面設有V型槽，V型槽內涂有一層金屬薄膜，用于激光聚焦到V型槽內時，在探針表面有等離子體溢出在尖端形成納米光源，從而采集樣品(6)的光學信息。3.根據權利要求1所述的近場偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述格蘭泰棱鏡(8)，用于將反射光中相位不同的遠場光和近場光區分開。4.根據權利要求1所述的近場偏振光掃描探針顯微鏡，其特征在于:所述四分之一波片A(2)，用于將線偏振光轉換為圓偏振光。
【專利摘要】本發明涉及一種近場偏振光掃描探針顯微鏡，具有一條近場光學探測光路，所述近場光學探測光路中由He-Ne激光器發出的一束線偏振光依次經過四分之一波片A、分光棱鏡、物鏡A、探針至載物臺形成近場光學產生光路；從探針反射的反射光依次經過物鏡A、分光棱角、四分之一波片B、格蘭泰棱鏡、物鏡，由光電接收器接收至圖像顯示系統。本發明能有效抑制遠場背景光，提高近場光的信噪比，且能達到小于10納米的空間分辨率。
【IPC分類】G01Q60/18
【公開號】CN105588954
【申請號】CN201610167405
【發明人】金濤, 沈璐
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月23日