SNOM/SFM结合的近场光学探针

　　1 近场光学显微镜简介

　　光学显微镜适用性广，对样品无损伤，操作简便，故自其诞生至今的几百年间一直是人们探测微观世界的得力助手。利用光学透镜将物体放大、成像，可将物体放大近千倍，但要将其分辨率进一步提高，则受到光的衍射效应的限制，其分辨率上限约为波长的一半。随着科技的发展，人们探索的领域向更小尺度、低维空间延伸，传统光学显微镜的分辨率已不能满足要求。上世纪八十年代，随着扫描探针显微技术的发展，出现了一种新型的光学成像仪器 - 近场光学显微镜(Scanning Near-field Microscope , SNOM or NSOM)。它以纳米尺度的光学探针代替了传统光学显微镜的镜头，在探测过程中将探针控制在样品表面一个波长以内的近场区域，突破了传统光学显微由于光的衍射效应产生的分辨率限制，分辨率可达入射光波长的十几分之一，甚至几十分之一，实现了纳米量级的光学成像。SNOM 的分辨力主要取决于光纤探针的尺度，因此，探针的制备一直是近场光学显微技术关注的重点，本文将介绍几种近场光学探针制备方法及其应用。

　　2 近场光学成像原理

　　常规的光学仪器如显微镜等主要用于远场探测。相对于远场，我们将距离物体表面仅一个波长的区域称为近场区域。近场具有许多与远场不同的特性。近场的场分布既包含了可以向远处传播的传播场的分量，又包含了局域在物体表面一个波长内的非辐射场的分量。非辐射场中包含了物体表面精细结构和起伏的信息，其特点是高度依附于物体表面，并随离开表面的距离呈指数衰减，因而也被称为隐失场，近场探测的核心问题就是探测束缚在物体表面的非辐射场。由于非辐射场具有隐失波的特点，唯一的探测办法是利用光学隧道效应，即将一个微小的探头引入非辐射场中，产生光学扰动，从而把局限在物体表面的信息转换出来，成为可探测的传播场,被远距离的探测器所接收[ 1 ]。这个微小的探头即近场光学显微镜的探针，在近场光学探测中有着重要的作用。为获得高分辨率，它必须经适宜的加工制作，并被稳定地控制在物体表面近场的区域内。按探针所起的作用不同，近场光学显微镜大致可分为三类工作模式。第一类是探针只提供近场照明光的照明模式;第二类是探针只在近场收集信号的收集模式;第三类是探针同时起照明和收集作用的照明 / 收集模式。将探针控制在样品表面几个纳米范围内的控距方法也有多种，如切变力法、扫描隧道显微镜法、原子力显微镜法，扫描隧道显微术和扫描力显微术(包括原子力显微术)已是比较成熟的技术，将近场光学技术与之结合，可在获取近场光学信息的同时获取更多的信息，前提是所用的探针特性需与选用的方法相匹配。