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近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡 原理及應(yīng)用

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（英文名：SNOM）是根據(jù)非輻射場(chǎng)的探測(cè)與成像原理，能夠突破普通光學(xué)顯微鏡所受到的衍射極限，采用亞波長(zhǎng)尺度的探針在距離樣品表面幾個(gè)納米的近場(chǎng)范圍進(jìn)行掃描成像的技術(shù)，在近場(chǎng)觀測(cè)范圍內(nèi)，在樣品上進(jìn)行掃描而同時(shí)得到分辨率高于衍射極限的形貌像和光學(xué)像的顯微鏡。

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡適用于超高光學(xué)分辨率下進(jìn)行納米尺度光學(xué)成像與納米尺度光譜研究。

傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率受到光學(xué)衍射極限影響，分辨率不超過(guò)該波長(zhǎng)尺度范圍。與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡不同的是，近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡利用亞波長(zhǎng)尺度探針，可以得到更小分辨率。

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡原理：

使用由熔拉或腐蝕光纖波導(dǎo)所制成之探針，在外表鍍上金屬薄膜已形成末端具有15nm至100nm直徑尺寸之光學(xué)孔徑(optical aperture) 的近場(chǎng)光學(xué)探針，再以可作精密位移與掃描探測(cè)之壓電陶瓷材料(piezo-electrcal ceramics) 配合原子力顯微技術(shù)(atomic force microscopy, AFM) 所提供精確的高度回饋控制，將近場(chǎng)光學(xué)探針?lè)浅＞_地(垂直與水平于樣品表面的方向之空間解析度可分別達(dá)到約0.1nm 與1nm) 控制在被測(cè)樣品表面上1nm 至100nm 的高度，進(jìn)行三維空間可回饋控制的近場(chǎng)掃描(scanning)，而具有奈米光學(xué)孔徑之光纖探針即可做接收或發(fā)射光學(xué)訊息之用，由此獲得一真實(shí)空間之三維近場(chǎng)光學(xué)影像，因其與樣品表面距離遠(yuǎn)小于一般光波波長(zhǎng)，測(cè)得的信息皆屬近場(chǎng)光學(xué)作用的信息，無(wú)平常常見(jiàn)的遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)中繞射極限的光學(xué)解析度限制。

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用：

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡突破傳統(tǒng)光學(xué)繞射限制，可直接利用光來(lái)觀察奈米材料，分析奈米元件顯微結(jié)構(gòu)及缺陷，近年來(lái)已應(yīng)用在分析半導(dǎo)體雷射元件上。因其具有高解析度，可應(yīng)用于高密度資料存取，目前已運(yùn)用此一技術(shù)成功制作出超過(guò)100 GB 之超解析近場(chǎng)光碟片。此外還可應(yīng)用于生物分子及蛋白質(zhì)熒光光近場(chǎng)顯微分析。

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的原理與構(gòu)造：

一般光學(xué)顯微鏡于遠(yuǎn)場(chǎng)觀測(cè)時(shí)，因受到光波的繞射限制，其解析度僅有數(shù)百納米左右。但若在近場(chǎng)觀測(cè)時(shí)，可避免繞射及干涉的產(chǎn)生，能克服繞射限制，將解析度提升至數(shù)十納米左右。

近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)中，以末端背有數(shù)十納米口徑的錐狀光纖為探針。將探針和被測(cè)物的距離精準(zhǔn)控制在近場(chǎng)觀測(cè)范圍內(nèi)，利用可精密定位與掃描探測(cè)的壓電陶瓷，并配合原子力顯微鏡所提供的高度回饋控制系統(tǒng)，進(jìn)行三維空間近場(chǎng)掃描。再由光纖探針接收或發(fā)射光學(xué)訊號(hào)，以獲得三維近場(chǎng)光學(xué)影像。