掃描近場光學顯微鏡若干關鍵技術研究.pdf

1、掃描近場光學顯微鏡(Scanning Near-field Optical Microscopy,SNOM)是將掃描探針顯微鏡技術移植到了光學領域,從而得到超衍射極限分辨率的光學圖像。經過幾十年的發(fā)展,SNOM橫向分辨率大大的提高了,已經從最初的幾十納米提高到十幾納米,并且掃描成像的穩(wěn)定性很高。雖然SNOM的分辨率比STM、AFM低,但其長處在于能獲得樣品亞波長分辨的光學圖像,在多個研究和產業(yè)領域都有著廣泛的應用。本文從傳統(tǒng)SNOM中存

2、在的掃描非線性,掃描速度慢等問題出發(fā),搭建了基于雙DSP控制系統(tǒng)和掃描頭模塊化的SNOM系統(tǒng),建立了非線性校正的模型及算法,設計并初步實驗了一種高速掃描的石英片-光纖探針組件,和設計了一種基于四個壓電陶瓷管的新的XYZ掃描臺系統(tǒng)。
　　 本文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　　 l、搭建了以DSP為核心的插板式的SNOM控制系統(tǒng),為近場光學領域內的研究提供了一個良好的平臺。主要模塊包括控制掃描和各種信號采集的DSP主控

3、板,探針-樣品距離的DSP反饋控制板,用于提供給反饋信號的相位檢測控制板等。完成了XY掃描控制算法,和探針-樣品距離控制的PID算法。
　　 2、分析了SNOM掃描器產生非線性的原因,建立了SNOM掃描非線性校正模型,完成了用于非線性校正的軟件預校正算法,有效的改善了圖像的非線性。設計了一種基于實時監(jiān)測探針位置附加系統(tǒng),用于非線性校正的掃描頭,預先采集不同電壓下探針的位置數據,并通過二次多項式擬合算法和神經網絡算法對位置-電壓數

4、據進行了處理,得到能輸出線性位移的電壓-位移模型。
　　 3、提出了一種高頻石英片-光纖探針結構,可以顯著提高SNOM掃描速度。利用二階機械系統(tǒng)模型分析了音叉探針-樣品距離控制的原理,比較得出用相位信號來作為反饋信號比振幅信號有更好的響應速度,分析得出SNOM掃描速度慢的主要因素來源于音叉探針,于是我們設計了一種石英片-光纖探針,并嘗試了多種粘針方法,測試了其諧振頻率,Q值等各種性能。
　　 4、由于單個壓電陶瓷管彎曲量