專利名稱:光學(xué)波段的近場顯微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)波段近場探測裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)顯微鏡以不帶電的光子為信息載體，對細(xì)胞干擾很小，是生物學(xué)/醫(yī)學(xué)研究的基本工具。盡管其他類顯微鏡，如電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡早已具有亞納米級的分辨率，但是由于光學(xué)波段的電磁波所具有的特征能量與生物物質(zhì)的分子運(yùn)動能量相近，很容易發(fā)生某種形式的相互作用，從而可以通過此種相互作用去進(jìn)一步認(rèn)識這些物質(zhì)且又不損傷這些物質(zhì)的生物活性。所以至今世界上許多先進(jìn)實(shí)驗(yàn)室一直在努力探索光學(xué)近場的特性，以便利用這些特性服務(wù)于人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。這其中主要的一個方面就是光學(xué)波段超分辨探測技術(shù)。
現(xiàn)有近場光學(xué)顯微鏡均須借助于某種型式的近場探針，以便提取待測目標(biāo)表面近場中某處一個極小區(qū)域的光學(xué)近場信號(近場僅存在于物體表面亞波長的近處，探針感應(yīng)該點(diǎn)的光學(xué)近場，并將其轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)波送往光纖的另一端)，該區(qū)域一般遠(yuǎn)小于光學(xué)分辨率限制依據(jù)的瑞利判據(jù)所限定的區(qū)域，這種探針可以是有孔(通光)也可以是無孔(不直接通光)。從工作原理上看近場探針的作用是提取在近目標(biāo)區(qū)的隱失波中所攜帶的超分辨信息，并通過探針的傳光結(jié)構(gòu)(光波導(dǎo)纖維)將隱失波轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)波，然后傳往光學(xué)系統(tǒng)和光電轉(zhuǎn)換器，獲得相應(yīng)的電信號近場探針在測控單元的幫助下保持住針尖與待測目標(biāo)的間距在所需近場范圍，并由二維掃描機(jī)構(gòu)拖動探針在目標(biāo)上作二維掃描，從而完成目標(biāo)的超分辨光學(xué)圖像的探測。所以現(xiàn)在的近場光學(xué)顯微鏡(以可見光為例)主要由三部分構(gòu)成其一為一個具有納米針尖的探針，其二為保持此探針到樣品待測點(diǎn)間的距離為十幾納米的機(jī)構(gòu)和拖動此探針相對于待測樣品的表面做二維(X-Y方向)掃描的機(jī)構(gòu)。其三為保證在每一探測位置針尖與樣品間距為一定的距離(極近的)的控制系統(tǒng)。目前，世界上僅有幾家廠商生產(chǎn)這種近場掃描光學(xué)顯微鏡，其X-Y方向的分辨率一般為50nm.現(xiàn)有探針掃描近場光學(xué)顯微鏡的技術(shù)難點(diǎn)皆由探針引起1.高通光效率的探針還在研究中，探針通光少了就要使用極高靈敏度的探測器。這將導(dǎo)致在沒有光電倍增管的工作波段(光學(xué)波段)很難達(dá)到適當(dāng)?shù)男旁氡取?br> 2.針尖至樣品被探測點(diǎn)的間距控制及掃描控制，這種機(jī)構(gòu)對平坦樣品尚可克服技術(shù)難點(diǎn)，但對不平樣品就幾乎難以實(shí)現(xiàn)超近距離的間距控制及掃描控制。
3.控制探針的激光束及探針本身的附屬機(jī)構(gòu)都使得樣品不可能再被其他探測方法同時(shí)觀測，因而幾乎不存在多方法聯(lián)用的可能性。
4.由于探針通光效率的低下，經(jīng)探針?biāo)鸭墓庑盘柡茈y再經(jīng)過分光系統(tǒng)去做光譜探測。
5.針尖與樣品間距的控制系統(tǒng)的存在使得這種顯微鏡耐受外加場的可能性很小，而研究外場，例如高壓場或各種強(qiáng)度恒定或變化電磁場作用下的細(xì)胞變化是人類在社會發(fā)展中所共同關(guān)注的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種光學(xué)波段的近場顯微鏡，目的在于免去探針，從而也免去為保證針尖到樣品表面極近距離的保持技術(shù)及其相關(guān)系統(tǒng)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)超衍射限分辨率成像和光譜探測。
本發(fā)明的一種光學(xué)波段的近場顯微鏡，包括順序緊密排列的近場取景窗、近場編碼板、轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)和光電探測器；近場取景窗為一矩形透光窗；近場編碼板為在能遮擋工作波段光的亞波長厚度材料上的亞波長小孔陣列，該小孔陣列按循環(huán)s矩陣分布，小孔孔徑小于或遠(yuǎn)小于瑞利判據(jù)中的r值；轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)中間芯為透光材料，外側(cè)面為反光膜或低折射率材料，經(jīng)取景窗過來的光在近場編碼板區(qū)域的小孔中被提取并在轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)中從近場瞬失波逐步轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)波送往后續(xù)裝置。
所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于所述近場編碼板的亞波長小孔陣列大小可以為3階、7階、11階、15階、19階、23階、31階、35階、43階、47階、63階、71階、79階、83階、103階、127階、255階、511階、1023階、2047階或4095階，折疊方式為二維排列的一維編碼板或二維編碼板；所述近場編碼板的亞波長小孔端面形狀為圓形、三角形、四邊形、或多邊形；小孔垂直方向形狀為圓臺、圓柱、棱臺、棱柱、臺階式，或?yàn)镃型、W型等異型結(jié)構(gòu)。
所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，使用于大視場時(shí)，所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)和光電探測器之間可以加入會聚光路。
所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，更進(jìn)一步擴(kuò)大視場使用時(shí)，所述取景窗由原來的一個擴(kuò)大到M個相同面積的大取景窗，所述近場編碼板為M塊二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板密接排列，每個編碼板后接一個獨(dú)立的、與編碼板尺寸相同的片狀光波導(dǎo)，分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號，M片片狀光波導(dǎo)密接排列疊在一起，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)的出口端接以一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板，狹縫寬度對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板后再接一傳輸光波導(dǎo)接受取景窗傳過來的復(fù)合信號，然后經(jīng)會聚光路送往光電探測器，所述M＝2-1000。
所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，使用于光譜分析時(shí)，緊鄰所述光波導(dǎo)的出射端接一分光系統(tǒng)，在分光系統(tǒng)的光譜面上放置一塊做有一維排列的狹長縫列陣光譜編碼板，狹長縫的一次編碼區(qū)中的縫數(shù)即為光譜的譜線根數(shù)，編碼方式與所述近場編碼板的一維編碼方式相同，緊接于狹長縫列陣光譜編碼板為一相應(yīng)工作波長的會聚光路，然后連接光電探測器。
所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，更進(jìn)一步擴(kuò)大視場并使用于光譜分析時(shí)，所述取景窗可以由原來的一個擴(kuò)大到M個相同面積的大取景窗，所述近場編碼板為M塊二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板密接排列，每個編碼板后接一個獨(dú)立的、與編碼板尺寸相同的片狀光波導(dǎo)，分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號，M片片狀光波導(dǎo)密接排列疊在一起，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)的出口端再接以一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板，狹縫寬度對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板出口端接傳輸光波導(dǎo)，傳輸光波導(dǎo)的出口上安放分光系統(tǒng)，分光系統(tǒng)的譜面上安放一維狹縫光譜編碼板，一維狹縫光譜編碼板后再接會聚光路送往光電探測器，所述M＝2-1000。
上述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，更進(jìn)一步擴(kuò)大視場并使用于光譜分析時(shí)，還可以前面部分的結(jié)構(gòu)與上述相同，傳輸光波導(dǎo)的出口上安放分光系統(tǒng)，但分光系統(tǒng)的譜面上可以接會聚光路送往面陣或線陣電荷耦合器件，所述M＝2-1000。
光學(xué)波段系指包括紫外光、可見光、紅外光直至1mm波長的電磁波譜段的電磁波；衍射限分辨率是指以瑞利判據(jù)r≥1.22λ/(2n*sin()所限定的物體上最小可分辨兩相鄰點(diǎn)間的距離，其中r表示物體上最小可分辨兩相鄰點(diǎn)間的距離，λ工作波長，n鏡頭折射率，鏡頭通光口徑的半張角。
亞波長小孔陣列是指制作到能阻擋工作光波的基質(zhì)上的按一定規(guī)律排列的通光小孔陣列，小孔孔徑小于或遠(yuǎn)小于瑞利判據(jù)中的r值，陣列的型式為循環(huán)s矩陣，以循環(huán)s矩陣的陣列型式做近場信息編碼時(shí)理論上可獲得最大信噪比；編碼是指對待觀測樣品的一個確定尺寸的觀察區(qū)而言，讓穿過樣品的工作波長為λ(或?yàn)棣う?的光中為這個確定尺寸的觀察區(qū)所界定的那部分光通過上述亞波長小孔陣列中的一個個鄰接的指定區(qū)域，并籍助緊接于上述亞波長小孔陣列的光波導(dǎo)(與工作光波波長λ或?yàn)棣う讼鄬?yīng)的)，將通過觀察區(qū)所界定這一個指定的亞波長小孔陣列的某一部分(子陣列)的多路小孔傳送過來的光近場信息混合起來逐次送入一個后置光電探測器，轉(zhuǎn)換成一系列電信號，此電信號的值與子陣列對應(yīng)，電信號的個數(shù)即為子陣列的個數(shù)；這一系列電信號經(jīng)解碼算法還原出確定尺寸的觀察區(qū)所對應(yīng)的待觀測樣品表面的二維光近場分布圖像；此圖像的分辨率被亞波長小孔的特征尺寸所決定，小孔的特征尺寸可為小孔的直徑(當(dāng)圓孔時(shí))、邊長(當(dāng)為正方形或矩形)、外接或內(nèi)切圓直徑(當(dāng)為三角形、多邊形等異型)。若在光波導(dǎo)的出射端與光電探測器之間，緊鄰光波導(dǎo)的出射端接一分光系統(tǒng)，在分光系統(tǒng)的光譜面上再放置一塊做有狹長縫列陣的編碼板，光譜面的尺寸即為對此光譜編碼的區(qū)域大小，編碼方式同于前述近場信息成像編碼的方式，編碼板仍然緊接于一相應(yīng)波長的光波導(dǎo)，然后送往光電探測器，并得到與前述每一近場信息二維圖像獲取過程中的每一編碼區(qū)(即子陣列)相對應(yīng)的一系列光譜編碼信號，這樣將最終獲得一個三維的圖像光譜編碼信號值的集合，再經(jīng)解碼即可得到待觀測樣品的一個確定觀察區(qū)的多光譜近場圖像，其光譜譜線的個數(shù)等于對光譜面做一次編碼的狹長縫列陣的縫的個數(shù)，每個光譜的譜寬即為光譜面的總寬度除以此編碼狹長縫列的總縫數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)越性為(1)空出了樣品的上或下半面，可以供多觀察手段聯(lián)用，如觀察細(xì)胞時(shí)與膜片鉗聯(lián)用。
(2)由于沒有針尖到樣品表面納米間距的控制(現(xiàn)行儀器采用激光銹導(dǎo)的切向力控制)，因而可以在研究細(xì)胞與激光束相互作用(如光化學(xué)鍵接PTB)的同時(shí)進(jìn)行亞細(xì)胞水平的觀察，不會發(fā)生作用束激光與控制信號干攏；系統(tǒng)承受外場如高電壓電場，或其他電磁場作用能力大為增強(qiáng)。
(3)樣品可以在液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中，只要液態(tài)介質(zhì)不侵蝕碼板上的保護(hù)膜就可以照常工作，這為細(xì)胞及材料研究提供了新觀察平臺。
(4)新裝置可以在對樣品做納米分辨率的成像觀察同時(shí)，獲取每一像元的光譜，而得到樣品的納米分辨圖像的多光譜信息，此功能極大地增加了新儀器的分析能力。
(5)新儀器的可見光波段分辨率與現(xiàn)有探針掃描近場光學(xué)顯微鏡相似，為50nm左右，帶光譜分析的儀器的光譜分辨力為6nm左右，圖像分辨率則為100nm或50nm左右。



圖1.本發(fā)明的實(shí)施例示意圖；圖2.本發(fā)明用于光譜分析時(shí)的實(shí)施例示意圖；圖3.樣品池和取景窗剖視圖；圖4.用于本發(fā)明的63階循環(huán)S矩陣二維排列一維編碼板；圖5.用于本發(fā)明的63階循環(huán)S矩陣二維排列二維編碼板照片；圖6.圖5的示意圖；圖7.用于本發(fā)明擴(kuò)大視場的成像系統(tǒng)的一維排列一維擴(kuò)大視場編碼板；圖8.本發(fā)明用于擴(kuò)大視場近場編碼成像系統(tǒng)示意圖；圖9.本發(fā)明用于擴(kuò)大視場近場編碼成像光譜系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明詳細(xì)說明。
圖1、圖3所示為本發(fā)明的一個實(shí)施例，取景窗1按63階為例可為7×9或9×7陣列界定的一矩形透光窗，做在樣品池的緊貼樣品一面器壁3上；不透明材料膜2覆蓋器壁3的外側(cè)面。而與取景窗1緊挨著的就是近場編碼板5，近場編碼板是制作在一轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)6的端面上，以便經(jīng)取景窗過來的光在其所限的區(qū)域中的那些小孔中被提取并在轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)中從近場瞬失波逐步轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)波送往后續(xù)裝置。轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)6結(jié)構(gòu)為一端面圓形的圓柱或圓臺(或端面方形、多邊形的棱柱或棱臺)透光材料，外側(cè)包覆了反光膜或低折射率(與中間芯材料相比)材料，以便使從一端進(jìn)入的光盡可能多地從另一端透出。其入射端面上鍍制了不透光的膜，膜厚僅需達(dá)到不透光即可，或緊貼于一不透光基質(zhì)材料，此材料厚度亦需盡可能薄，以不透光為好。轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)6在可見光、近紅外、紫外均可利用通訊光纖，而在遠(yuǎn)紅外及亞毫米波，則另外制作。工作波長為λ(或?yàn)棣う?的光穿過樣品4、為取景窗1所界定的那部分光通過上述近場編碼板亞波長小孔陣列中的一個個鄰接的指定區(qū)域，并籍助緊接于上述亞波長小孔陣列的光波導(dǎo)(與工作光波波長λ或?yàn)棣う讼鄬?yīng)的)，將通過觀察區(qū)所界定這一個指定的亞波長小孔陣列的某一部分(子陣列)的多路小孔傳送過來的光近場信息混合起來，經(jīng)會聚光路7(大視場時(shí)，小視場也可不用會聚光路)逐次送入一個后置光電探測器12，轉(zhuǎn)換成一系列電信號，此電信號的值與子陣列對應(yīng)，電信號的個數(shù)即為子陣列的個數(shù)；這一系列電信號經(jīng)解碼算法還原出確定尺寸的觀察區(qū)所對應(yīng)的待觀測樣品表面的二維光近場分布圖像；圖2為本發(fā)明用于光譜分析時(shí)的實(shí)施例示意圖；轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)6之前為執(zhí)行圖像編碼的編碼板5-1，在轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)6的出射端與光電探測器12之間，緊鄰光波導(dǎo)的出射端接一分光系統(tǒng)13，在分光系統(tǒng)13的光譜面上再放置一塊做有狹長縫列陣的編碼板5-2，執(zhí)行光譜編碼；光譜面的尺寸即為對此光譜編碼的區(qū)域大小，編碼方式同于前述近場信息成像編碼的方式，編碼板5-2緊接于一相應(yīng)波長的會聚光路7，然后送往光電探測器12，并得到與前述每一近場信息二維圖像獲取過程中的每一編碼區(qū)(即子陣列)相對應(yīng)的一系列光譜編碼信號，這樣將最終獲得一個三維的圖像光譜編碼信號值的集合，再經(jīng)解碼即可得到待觀測樣品的一個確定觀察區(qū)的多光譜近場圖像，其光譜區(qū)段的個數(shù)等于對光譜面做編碼的狹長縫列陣的縫的個數(shù)，每個光譜的譜寬即為光譜面的總寬度除以此編碼狹長縫列的總縫數(shù)。
圖4為一個63階循環(huán)S矩陣二維排列一維編碼板的亞波長小孔陣列，亞波長小孔陣列可以做在一塊能擋工作波段光的整體材料上，也可以做在對工作波段光透明的整體材料上能擋工作波段光的膜上。
編碼小孔的尺寸即為此顯微鏡的分辨率基本尺寸，而小孔形狀可有多種構(gòu)型，其端面形狀可為圓(或三角形、四邊形、多邊形)，其垂直端面方向可為圓臺、圓柱或棱臺、棱柱或臺階式，亦可為異型結(jié)構(gòu)，如C型、W型等。二維排列一維編碼板在工作時(shí)，掃描方式為一維。
圖5、圖6為用于本發(fā)明的63階循環(huán)S矩陣二維排列二維編碼板示意圖；圖6方格中的0代表通光小孔，沒有0的代表不通光。二維排列二維編碼板在工作時(shí)，掃描方式按之字(S形)路線二維掃描。
圖7為用于本發(fā)明擴(kuò)大視場的成像系統(tǒng)的七階一維排列一維擴(kuò)大視場編碼板示意圖，也可以用于光譜編碼，其中的0代表通光縫，沒有0的代表不通光。
本發(fā)明可以用于更進(jìn)一步擴(kuò)大視場近場編碼成像系統(tǒng)和更進(jìn)一步擴(kuò)大視場近場編碼成像光譜系統(tǒng)，其基本方式是1.一維編碼板多路并列的方式擴(kuò)大視場，對一維編碼驅(qū)動不增添任何要求；2.多路傳出編碼信號應(yīng)制作與路數(shù)相等的層數(shù)的多層光波導(dǎo)；
3.多層光波導(dǎo)可與多個探測器直連以便實(shí)現(xiàn)多路信號轉(zhuǎn)換與采集、分析、成像；4.多層光波導(dǎo)亦可再經(jīng)一維編碼而重新組合成一路信號，用前述的一路一維編碼方式獲得信號并最終成像；5.擴(kuò)大視場技術(shù)中同樣可以引入光譜探測，引入方式同前，即在多路信號分別探測之前引入分光系統(tǒng)及光譜編碼即可。
如圖8所示，仍以63階碼板為例，二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板為前述圖4所示，再復(fù)制六塊相同的63階碼板，密接排列七塊，構(gòu)成擴(kuò)大視場編碼板8；此時(shí)取景窗由原來的一個擴(kuò)大到7個相同面積的大取景窗1，視場就變成了這個大取景窗的大小。每個編碼板后接一個獨(dú)立的光波導(dǎo)，此光波導(dǎo)為片狀，與編碼板尺寸相同，七片光波導(dǎo)疊在一起，構(gòu)成多路轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)9，但分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號。七片疊在一起的多路轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)出口端可再接以圖7所示的一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板10，共七片，狹縫寬度正好對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，此狹縫擴(kuò)大視場編碼板10后再接一傳輸光波導(dǎo)14接受大取景窗1(七合一)尺寸傳過來的復(fù)合信號，然后經(jīng)會聚光路7送往光電探測器12(光電倍增管或光電探測器，)這就是擴(kuò)大視場成像的例子。
如圖9所示，若擴(kuò)大視場同時(shí)還要得到光譜，則應(yīng)對前述七片一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板10出口端接傳輸光波導(dǎo)11，并在傳輸光波導(dǎo)11的出口上安放分光系統(tǒng)13，再在分光系統(tǒng)13的譜面上安放與上述七塊63階編碼板9構(gòu)型類似的一個15階一維狹縫光譜編碼板15，然后經(jīng)會聚光路7送往光電探測器12(光電倍增管或光電探測器)。計(jì)算機(jī)接收光電探測器12的輸出，然后進(jìn)行解碼計(jì)算，解碼的過程則應(yīng)兼顧到光譜與成像兩部分，先解出光譜然后解出圖像。計(jì)算機(jī)的輸出可以有兩種方式，其一為每個單色的圖像；其二為圖像及其每個像元的光譜曲線。也可以在分光系統(tǒng)13出口譜面上以面陣CCD接受光譜信號，然后按編碼信息的次序從CCD的讀出數(shù)據(jù)中分離出各路光譜信息再逐一解算出各路光譜對應(yīng)的圖像信息。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)波段的近場顯微鏡，包括順序緊密排列的近場取景窗、近場編碼板、轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)和光電探測器；近場取景窗為一矩形透光窗；近場編碼板為在能遮擋工作波段光的亞波長厚度材料上的亞波長小孔陣列，該小孔陣列按循環(huán)s矩陣分布，小孔孔徑小于或遠(yuǎn)小于瑞利判據(jù)中的r值；轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)中間芯為透光材料，外側(cè)面為反光膜或低折射率材料，經(jīng)取景窗過來的光在近場編碼板的小孔中被提取并在轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)中從近場瞬失波逐步轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)波送往后續(xù)裝置。
2.如權(quán)利要求
1所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于所述近場編碼板的亞波長小孔陣列大小可以為3階、7階、11階、15階、19階、23階、31階、35階、43階、47階、63階、71階、79階、83階、103階、127階、255階、511階、1023階、2047階或4095階，折疊方式為二維排列的一維編碼板或二維編碼板；所述近場編碼板的亞波長小孔端面形狀為圓形、三角形、四邊形、或多邊形；小孔垂直方向形狀為圓臺、圓柱、棱臺、棱柱、臺階式，或?yàn)镃型、W型等異型結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于使用于大視場時(shí)，所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)和光電探測器之間加入會聚光路。
4.如權(quán)利要求
3所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于更進(jìn)一步擴(kuò)大視場使用時(shí)，所述取景窗由原來的一個擴(kuò)大到M個相同面積的大取景窗，所述近場編碼板為M塊二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板密接排列，每個編碼板后接一個獨(dú)立的、與編碼板尺寸相同的片狀光波導(dǎo)，分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號，M片片狀光波導(dǎo)密接排列疊在一起，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)的出口端接以一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板，狹縫寬度對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板后再接一傳輸光波導(dǎo)接受取景窗傳過來的復(fù)合信號，然后經(jīng)會聚光路送往光電探測器，所述M＝2-1000。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于使用于光譜分析時(shí)，緊鄰所述光波導(dǎo)的出射端接一分光系統(tǒng)，在分光系統(tǒng)的光譜面上放置一塊做有一維排列的狹長縫列陣光譜編碼板，狹長縫的一次編碼區(qū)中的縫數(shù)即為光譜的譜線根數(shù)，編碼方式與所述近場編碼板的一維編碼方式相同，緊接于狹長縫列陣光譜編碼板為一相應(yīng)工作波長的會聚光路，然后連接光電探測器。
6.如權(quán)利要求
3所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于使用于光譜分析時(shí)，緊鄰所述光波導(dǎo)的出射端接一分光系統(tǒng)，在分光系統(tǒng)的光譜面上放置一塊做有一維排列的狹長縫列陣光譜編碼板，狹長縫的一次編碼區(qū)中的縫數(shù)即為光譜的譜線根數(shù)，編碼方式與所述近場編碼板的一維編碼方式相同，緊接于狹長縫列陣光譜編碼板為一相應(yīng)工作波長的會聚光路，然后連接光電探測器。
7.如權(quán)利要求
6所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于更進(jìn)一步擴(kuò)大視場并使用于光譜分析時(shí)，所述取景窗由原來的一個擴(kuò)大到M個相同面積的大取景窗，所述近場編碼板為M塊二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板密接排列，每個編碼板后接一個獨(dú)立的、與編碼板尺寸相同的片狀光波導(dǎo)，分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號，M片片狀光波導(dǎo)密接排列疊在一起，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)的出口端再接以一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板，狹縫寬度對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板出口端接傳輸光波導(dǎo)，傳輸光波導(dǎo)的出口上安放分光系統(tǒng)，分光系統(tǒng)的譜面上安放一維狹縫光譜編碼板，一維狹縫光譜編碼板后再接會聚光路送往光電探測器，所述M＝2-1000。
8.如權(quán)利要求
6所述的光學(xué)波段的近場顯微鏡，其特征在于更進(jìn)一步擴(kuò)大視場并使用于光譜分析時(shí)，所述取景窗由原來的一個擴(kuò)大到M個相同面積的大取景窗，所述近場編碼板為M塊二維排列一維編碼的循環(huán)S矩陣編碼板密接排列，每個編碼板后接一個獨(dú)立的、與編碼板尺寸相同的片狀光波導(dǎo)，分別傳送各自對應(yīng)的編碼板送過來的近場光信號，M片片狀光波導(dǎo)密接排列疊在一起，構(gòu)成所述轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)，轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)的出口端再接以一維排列的一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板，狹縫寬度對應(yīng)每塊獨(dú)立片狀光波導(dǎo)的寬度，狹縫高為光波導(dǎo)的長度，一維狹縫擴(kuò)大視場編碼板出口端接傳輸光波導(dǎo)，傳輸光波導(dǎo)的出口上安放分光系統(tǒng)，分光系統(tǒng)的譜面上接會聚光路送往面陣或線陣電荷耦合器件，所述M＝2-1000。
專利摘要
光學(xué)波段的近場顯微鏡，屬于光學(xué)波段近場探測裝置，目的在于免去探針及其與樣品間距保持技術(shù)及其系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超衍射限分辨率成像和光譜探測。本發(fā)明包括順序排列的近場取景窗、近場編碼板、轉(zhuǎn)換光波導(dǎo)、分光系統(tǒng)和光電探測器；近場編碼板為按循環(huán)s矩陣分布的亞波長小孔陣列，小孔孔徑小于瑞利判據(jù)中的r值；經(jīng)取景窗過來的光在小孔中被提取并在光波導(dǎo)中轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)波送往后續(xù)裝置。本發(fā)明可以供多觀察手段聯(lián)用；可以在研究細(xì)胞與激光束相互作用的同時(shí)進(jìn)行亞細(xì)胞水平的觀察，系統(tǒng)承受外場作用能力大為增強(qiáng)；可以在對樣品做納米分辨率的成像觀察同時(shí)，得到樣品的納米分辨圖像的光譜信息；分辨率與現(xiàn)有探針掃描近場光學(xué)顯微鏡相似，為50nm左右。
文檔編號G01Q60/18GKCN1710402SQ200510018994
公開日2005年12月21日 申請日期2005年6月27日
發(fā)明者葉梅, 葉虎年 申請人:華中科技大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan