Abstract
Research on Passive Near-field Optical Scanning Imaging Based on Semiconductor Nanowire/Tapered Microfiber Probe
Highlights
In this paper, we propose a passive near-field scanning imaging system by using the structure of cadmium sulfide (CdS) nanowire/tapered microfiber probe, which combines the near-field scanning structure and the nanowire/microfiber coupling technology
端为锥形微光纤探针时,测量误差为 17.40%‒23.75%,最大误差值为 1.05 μm; 当收集端为 cadmium sulfide (CdS) 纳米线/锥形微光纤探针时,测量误差降低为 4.71%‒7.28%,最
Summary
中文摘要部分.本文结合近场扫描结构和纳米线‒微光纤耦合技术,提出 了一种基于硫化镉纳米线/锥形微光纤探针结构的被动近场光学扫描成像 系统。该系统采用被动式纳米探针,保留了纳米探针对样品表面反射光 的强约束优势。其理论收集效率为 4.65‰,相比于传统的金属镀膜近场 探针收集效率提高了一个数量级,可有效提高扫描探针对样品形貌信息 的检测能力;而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合将 检测的光强信号传输到远场进行光电探测,最终实现对目标样品形貌的 分析成像,其样品宽度测量误差在 7.28%以内。该系统不需要外部激发 光路,利用显微镜自身光源进行远场照明,被动扫描探针仅作为样品表 面反射光的被动收集系统。本文基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被 动式近场光学扫描成像方案,可有效降低探针的制备难度和目标光场的 检测难度,简化扫描成像的结构,为近场光学扫描显微系统之后的发展 提供新的思路。 关键词:近场光学扫描;被动显微成像技术;纳米线/微光纤光学探针;硫化镉 纳米线;倏逝场耦合 PACS:07.79.Fc ; 42.30.-d; 42.79.Gn. 基金:国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(批准号:6212200740)。 † 通讯作者.E-mail: mayanna@usst.edu.cn † 通讯作者..E-mail: gufuxing@usst.edu.cn 且较难获得样品的 3 维形貌轮廓信息[5];而扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM),透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)和 原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)等成像技术虽然可实现原子级别 的测量分辨率,但对样品材质和工作环境的要求苛刻,测量成本高且在一定程度 上牺牲了测量的灵活性。 本文提出了一种基于硫化镉(Cadmium sulfide,CdS)纳米线/锥形微光纤 探针复合结构的被动式近场光学扫描成像系统,该方案使用显微镜自带光源做照 明,不需要复杂的探针激发光路,避免了近场检测的激发光干扰;同时 CdS 纳米 线通过对样品表面反射光的强束缚能力提高了对其表面形貌的探测能力,而后收 集的光信号通过倏逝场耦合进锥形微光纤[24],传输至远场进行光电检测。相比于 发光探针结构,该光学探针采用被动式检测,可降低对探针‒样品间距的控制需 求,并且显著降低了探测系统的结构设计复杂度;相比于常规使用的近场扫描锥 形光纤探针结构,纳米线针尖与样品表面光场具有更强的相互作用,因此具有更 高的检测能力。
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