一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜制造技术

本发明专利技术公开了一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，该光学显微镜采用金属纳米线中传播型表面等离激元作为纳米光源；金属纳米线扫描探针包括粘结在石英共振音叉或原子力显微镜探针上的金属纳米线，或粘结在石英共振音叉上含有金属纳米线的空心光纤管；测量光路采用显微镜进行宏观光路与微观光路的桥接，外接光源，采用载波技术进行弱信号探测，采用偏振光谱与单色仪配合相应的滤波片进行波长分光，采用CCD、单光子计数器收集光学信号。还公开了金属纳米线扫描探针的制备及修饰。本发明专利技术将金属纳米线等离激元的发射作为纳米光源激发样品，在提高光学分辨率、增强光与样品的相互作用、实现可控偏振纳米光源等成像技术方面具有重要意义。

Optical microscope based on metal nanowire surface plasmon nano source

The invention discloses an optical microscope of metal nanowires surface plasmon nano light based plasmonic nano light propagating surface such as metal nanowires using the optical microscope; scanning probe metal nanowires including metal nanowires in the quartz tuning fork resonance or atomic force microscope probe on bonded hollow tube fiber or bond containing metal nanowires in the quartz tuning fork resonance on the optical path of the microscope measurement; bridging macro and micro optical path, external light source, weak signal detection using carrier technology, using polarization spectroscopy and monochromator with filter corresponding to wavelength, collection of optical signals using CCD single photon counter. The invention also discloses the preparation and modification of metal nanowire scanning probe. In the invention, metal nanowire plasmon emission as nano light excitation, has important significance in improving the optical resolution, enhanced interaction, light and sample controllable nano light source polarization imaging technology.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于近场光学显微测量
，具体涉及一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜。
技术介绍
由于瑞利分辨率的限制，传统光学显微镜分辨率被限制在所使用的照明光波长范围。人们对突破衍射极限的光学显微技术的探索已经进行了几十年。扫描近场光学显微镜（ScanningNear-fieldOpticalMicroscopy,以下简称SNOM）是基于扫描探针的近场光学显微技术，其分辨率突破光学衍射极限，最高可达到约10纳米，是对常规光学显微镜的革命。扫描近场光学显微镜因为针尖会接近样品到几至十几纳米的距离，从而探测样品的近场光学信息，因此被称为扫描近场光学显微镜。基于针尖在仪器中的不同角色，扫描近场光学显微镜有多种工作方式：（1）照射模式，一般用光纤镀膜探针作为纳米光源；（2）接收模式，一般用光纤探针作为接受器，包括用光纤探针将消逝场转化为传播场；（3）反射模式，镀膜光纤既是光源也是接受器，适用于不透明的样品；（4）散射模式，针尖将传播光场或消逝光场散射后被远场收集，多适用于不透明的样品。在以上的配置方式中，探针的质量决定了SNOM图像的分辨率和信噪比，是SNOM中的关键技术。目前国际上最为常用的有孔探针是锥形光纤微探针。基于针尖是否传导光学信号，扫描近场光学显微镜可以分为两大类：孔径型和无孔径型。对于孔径型近场光学显微镜，人们通常使用尖端尺度很小的锥形光纤或中空的尖端钻孔的塔形结构作为纳米尺度的照射光源；然而，尖端小尺度的锥形光纤无法支持高强度的入射光，大部分的入射光在尖端处被反射，并且高强度光产生的热效应会破坏光纤的尖端。对于无孔径型近场光学显微镜，近场散射很难保持信号光偏振信息的完整性，并且，入射背景光的强度非常高，如何降低背景提高信噪比是一个极大的挑战。因此，提出一种具有高性噪比、高保偏性的近场扫描光学显微镜，是本领域急需解决的重大难题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是解决孔径型近场光学显微镜无法支持高强度的入射光、无孔径型近场光学显微镜无法保持近场光偏振信息的完整性，以及入射背景光的强度非常高导致信噪比低的问题，利用金属纳米线表面等离激元发射的优异光学特性，提出通过光纤近场耦合或者远场照明的方式在金属纳米线的一端激发表面等离激元，表面等离激元在纳米线另一端的发射作为激发样品的光源。本专利技术的第二个目的是解决将金属纳米线同扫描探针固定并将光耦合进金属纳米线的问题，提出金属纳米线扫描探针的几种制备方法。本专利技术的第三个目的是解决提高扫描分辨率、增强系统信噪比、实现特定方向出射/偏振等光学功能的问题，提出金属纳米线探针的修饰方案。本专利技术的第四个目的是解决手性生物分子的高空间分辨率光学识别和成像的问题，提出通过激发方式调控金属纳米线的发射偏振特性，得到偏振可调的纳米光源。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：第一，提供一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，包括金属纳米线扫描探针，近场光学显微镜的针尖反馈，扫描平台以及测量光路，该光学显微镜采用金属纳米线中传播型表面等离激元作为纳米光源；所述金属纳米线扫描探针包括粘结在石英共振音叉或原子力显微镜探针上的金属纳米线，或粘结在所述石英共振音叉上含有所述金属纳米线的空心光纤管；所述测量光路采用显微镜进行宏观光路与微观光路的桥接，外接光源，采用载波技术进行弱信号探测，采用偏振光谱与单色仪配合相应的滤波片进行波长分光，采用CCD、单光子计数器收集光学信号。进一步，所述纳米光源是通过光纤近场耦合或者远场照明的方式在所述金属纳米线的一端激发表面等离激元，所述表面等离激元在所述金属纳米线另一端发射作为激发样品的光源。进一步，所述金属纳米线的金属材料采用金、银、铝，所述金属纳米线的直径为25-200纳米。进一步，所述外接光源为激光、可见光、近红外光或红外光。进一步，所述近场光学显微镜的针尖反馈采用微悬臂梁或石英共振音叉进行反馈。更进一步，所述扫描平台包括平移台和压电陶瓷，所述平移台用于粗调，所述压电陶瓷用于精细调节。更加进一步，所述空心光纤管由光纤或石英管经光纤拉伸机拉伸制得，其直径为微米量级。第二，提供一种制备用于基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜的金属纳米线扫描探针的方法，所述方法包括选自如下各项的方法：（1）方法一，其步骤包括：采用显微物镜远场照明的方法来激发所述金属纳米线，通过所述金属纳米线端头的局域光场增强效应来探测信号；在所述金属纳米线一端粘上粘稠物质，用微操台精确控制将所述金属纳米线贴到作为表面探针的石英共振音叉表面上或原子力显微镜探针的表面上，并进行固化连接，即制得所述金属纳米线扫描探针。（2）方法二，其步骤包括：采用所述空心光纤管作为光波导来激发所述金属纳米线，用微操台将所述金属纳米线一端吸入到所述空心光纤管中，然后将吸入了所述金属纳米线的空心光纤管粘到所述石英共振音叉上面，所述空心光纤管与所述金属纳米线同时作为所述金属纳米线扫描探针。进一步，所述微操台的核心部件为与显微镜联合在一起的微米级精度手控调节平台。更进一步，所述（1）方法一所述粘稠物质为紫外固化胶，所述固化连接是通过紫外曝光固化连接。第三，提供一种用于基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜的金属纳米线扫描探针的修饰方法，通过FIB刻蚀、化学液相腐蚀改变金属纳米线端头的形貌，通过微纳操控技术在所述金属纳米线端头组装金属纳米颗粒、发光分子。第四，提供一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜的应用，通过激发方式调控所述金属纳米线的发射偏振特性，得到偏振可调的纳米光源，用于对偏振敏感材料的近场高分辨显微成像。进一步，所述激发方式是通过改变入射光偏振和入射方向的方式来调控所述金属纳米线中纵向基模m=0和横向偶极子模式m=±1的激发强度和相位差，控制金属纳米线端头的发射光偏振特性。更进一步，所述发射光为圆偏振时，用于手性生物分子的高空间分辨率光学识别和成像。本专利技术利用金属纳米线表面等离激元发射的优异光学特性，包括特定角度发射、局域电磁场增强、发射偏振特性可调等。采用金属纳米线中传播型表面等离激元作为纳米光源，与孔径型近场光学显微镜相比，由于金属纳米线的金属材质以及表面等离激元在传播过程中被束缚在金属纳米线表面而不泄漏的特点，可承受更高强度的远场入射光；与无孔型近场光学显微镜相比，金属纳米线表面等离激元的发射偏振状态可以通过激发方式调控，可实现线偏振保偏以及圆偏振/椭圆偏振的光发射；另一方面，与常规近场光学显微镜相比，金属纳米线表面等离激元的发射具有方向性，其背景杂散光的影响更小，因此信噪比更高。此外，由于金属纳米线等离激元的发射偏振特性可通过激发方式调控，可以成为偏振可调的纳米光源，因此，可以设计一种基于偏振激发模式的近场扫描光学方式，尤其当发射光为圆偏振时，可以用来研究生物分子手性识别。本专利技术将金属纳米线等离激元的发射作为纳米光源激发样品，在提高光学分辨率、增强光与样品的相互作用、实现可控偏振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，包括金属纳米线扫描探针，近场光学显微镜的针尖反馈，扫描平台以及测量光路，其特征在于：该光学显微镜采用金属纳米线中传播型表面等离激元作为纳米光源；所述金属纳米线扫描探针包括粘结在石英共振音叉或原子力显微镜探针上的金属纳米线，或粘结在所述石英共振音叉上含有所述金属纳米线的空心光纤管；所述测量光路采用显微镜进行宏观光路与微观光路的桥接，外接光源，采用载波技术进行弱信号探测，采用偏振光谱与单色仪配合相应的滤波片进行波长分光，采用CCD、单光子计数器收集光学信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，包括金属纳米线扫描探针，近场光学显微镜的针尖反馈，扫描平台以及测量光路，其特征在于：该光学显微镜采用金属纳米线中传播型表面等离激元作为纳米光源；所述金属纳米线扫描探针包括粘结在石英共振音叉或原子力显微镜探针上的金属纳米线，或粘结在所述石英共振音叉上含有所述金属纳米线的空心光纤管；所述测量光路采用显微镜进行宏观光路与微观光路的桥接，外接光源，采用载波技术进行弱信号探测，采用偏振光谱与单色仪配合相应的滤波片进行波长分光，采用CCD、单光子计数器收集光学信号。
2.根据权利要求1所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述纳米光源是通过光纤近场耦合或者远场照明的方式在所述金属纳米线的一端激发表面等离激元，所述表面等离激元在所述金属纳米线另一端发射作为激发样品的光源。
3.根据权利要求1或2所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述金属纳米线的金属材料采用金、银、铝，所述金属纳米线的直径为25-200纳米。
4.根据权利要求1所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述外接光源为激光、可见光、近红外光或红外光。
5.根据权利要求1所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述近场光学显微镜的针尖反馈采用微悬臂梁或石英共振音叉进行反馈。
6.根据权利要求1所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述扫描平台包括平移台和压电陶瓷，所述平移台用于粗调，所述压电陶瓷用于精细调节。
7.根据权利要求1所述的基于金属纳米线表面等离激元纳米光源的光学显微镜，其特征在于：所述空心光纤管由光纤或石英管经光纤拉伸机拉伸制得，其直径为微米量级。
8.一种制备用于权利要求1所述光学显微镜的金属纳米线扫描探针的方法，其特征在于，所述方法包括选自如下各项...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐红星，管志强，童廉明，张顺平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42