一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，包括激发光单元，用于产生径向偏振光束；表面等离激元激发单元，用于接收径向偏振光束并激发产生表面等离激元；扫描单元包括扫描探针，扫描探针与表面等离激元杂化形成表面等离激元场杂化单元；激发光单元和检测单元、扫描单元均与监控单元连接。通过径向偏振光激发产生表面等离激元并聚焦产生表面等离激元虚拟探针，通过扫描探针与表面等离激元单元之间形成的间隙结构与表面等离激元进行杂化产生表面等离激元场杂化单元，实现增强表面局域电场并获得待测样品的增强拉曼光谱信号，利用测量得到的拉曼光谱，进一步实现对样品的显微成像。

【技术实现步骤摘要】
一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置
本技术属于显微光谱成像装置
，具体涉及一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置。
技术介绍
拉曼光谱是检测样品分子化学键、对称性或其他化学成分和结构信息的一种常见的光谱分析方法。可以提供快速、简单、可重复且无损伤的定性定量分析。针尖增强拉曼光谱(Tip-EnhancedRamanSpectroscope，TERS)技术是扫描探针显微镜(ScanningProbeMicroscopy，SPM)技术和拉曼光谱技术的结合。TERS技术可以满足纳米科学和纳米技术中在表界面上对化学物质的分析要求，有着高的空间分辨率以及对分子拉曼信号的显著增强作用。其原理是通过SPM控制系统将曲率半径为几十纳米的Ag或Au针尖尖端控制在离样品非常接近的距离(如1nm)，当入射光以适当的波长照射在针尖尖端处时，探针尖端被激光激发而产生局部表面等离子体共振、避雷针效应等物理机制，使针尖附近几纳米到十几纳米范围内会产生强烈的局部电磁场增强，此时的金属针尖可以看作是一个具有很高功率密度的纳米光源，会使那些处于针尖正下方的基底或基底上的吸附分子的拉曼信号大幅增强。TERS技术的高空间分辨化学组成成像将对解决单分子科学的很多重要科学问题提供有力技术支持，如获取单个分子的形貌、化学键等信息，又具有免标记、原位、实时、快速获取生物质信息等优点。表面等离激元(SurfacePlasmonPolaritons，SPP)是一种在金属表面，由自由电子与入射光子相互耦合共振形成的束缚在金属与介电材料界面或金属薄膜表面的电磁波，能够将大量的光波能量局域在金属和介电材料界面，从而形成很强的近场增强效应。TERS技术依照激光光束与探针针尖的相对位置的不同，分为三种典型的照明模式，分别是侧向照明模式(SideIlluminationMode，激光光源从探针侧面以一定角度照射到针尖尖端)、顶部照明模式(TopIlluminationMode，激光光源从探针顶部照射到探针尖端)以及底部照明模式(BottomIlluminationMode，激光光源从探针下方照射到探针尖端)。侧向照明模式和顶部照明模式都存在由于工作距离的限制，不能使用数值孔径太大的物镜，所以在光谱信号增强方向受到一定的限制；而底部照明模式可以使用数值孔径较大的物镜来使入射光场强度提高而使光谱信号增强，但通常对于透明样品而言，非透明样品会导致激光发光强度降低，从而影响光谱信号的强度。现有的针尖增强拉曼光谱显微成像装置中通常包括激光光源、扫描探针显微镜、显微成像系统和光谱仪，通过激光光源照射扫描探针显微镜的扫描探针的针尖尖端激发表面等离激元，并通过光谱仪检测拉曼光谱信号和拉曼光谱扫描成像，通过显微成像系统将样品扫描成像，从而得知样品的拉曼光谱信号有无增强及增强的程度。由于拉曼光谱信号的强度与入射光场强度及表面等离激元有关，通常第一种做法是使用大数值孔径的物镜来提高入射光场强；第二种做法是采用金属膜与扫描探针的针尖尖端形成Gap结构来增强拉曼光谱信号。但是第一种做法只对透明样品有效，而对于非透明样品而言，入射光场强度会降低；第二种做法虽然可以解决非透明样品导致的入射光场强度降低的问题，但是得到的拉曼光谱信号的强度仍有待进一步提高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于现有的拉曼光谱显微成像装置拉曼光谱信号强度较低，因此提供一种拉曼光谱信号强度强、空间分辨率高的针尖增强拉曼光谱显微成像装置。为此，本技术提供一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，包括：激发光单元，用于产生径向偏振光束并入射至表面等离激元激发单元；表面等离激元激发单元，用于接收所述径向偏振光束并激发产生表面等离激元；扫描单元，包括扫描探针，所述扫描探针与所述表面等离激元进行杂化形成表面等离激元场杂化单元；检测单元，用于检测待测样品的拉曼光谱并扫描成像；监控单元，对所述待测样品的拉曼光谱进行显示，并根据所述待测样品的特征光谱进行成像；所述激发光单元和检测单元均与所述监控单元连接，所述扫描单元依次与所述检测单元及所述监控单元连接。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述表面等离激元激发单元包括：物镜；及金属膜，镀于所述物镜上，所述径向偏振光束入射至所述金属膜上激发产生所述表面等离激元并聚焦产生表面等离激元虚拟探针，所述表面等离激元虚拟探针和所述扫描探针杂化形成所述表面等离激元场杂化单元。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述金属膜的厚度为40-50nm，所述物镜的数值孔径大于1.45。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述扫描探针与所述金属膜之间形成有间隙且所述间隙小于10nm。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述激发光单元包括：激光元件，用于产生预设波长的激光光束；及沿所述激光光束的光路输出方向上依次布置在所述激光元件和所述物镜之间的起偏元件、准直元件和涡旋波片，所述激光光束经所述起偏元件、准直元件和涡旋波片变成径向偏振光并入射至所述物镜。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述径向偏振光经所述透镜组准直后输出平行光。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述表面等离激元激发单元还包括：分束元件，设置在所述物镜的光束入射端与所述涡旋波片的光束出射端之间，用于将所述径向偏振光透射至所述物镜并在所述金属膜上激发产生所述表面等离激元。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述分束元件为分束镜或二向色镜。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述检测单元包括：滤光元件；光谱仪；及CCD图像传感器；所述滤光元件、光谱仪和CCD图像传感器与所述分束元件采用水平直线光路连接，待测样品的拉曼散射光经所述物镜耦合得到耦合光并反射至所述分束元件，经所述滤光元件透射后射入所述光谱仪和所述CCD图像传感器，由所述监控单元对所述待测样品的拉曼光谱进行显示并根据特征光谱进行成像。可选的，所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，所述扫描探针为镀有金属膜的探针。本技术技术方案，具有如下优点：1.本技术提供的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，包括激发光单元、表面等离激元激发单元、表面等离激元场杂化单元，扫描单元、检测单元和监控单元，激发光单元产生径向偏振光入射至表面等离激元激发单元激发产生表面等离激元并聚焦产生表面等离激元虚拟探针，扫描单元包括扫描探针，表面等离激元虚拟探针和扫描探针进行杂化也即耦合振荡，并在扫描探针与表面等离激元单元之间形成的间隙结构内得到增强的表面局域场强，表面等离激元虚拟探针与扫描探针共同作用增强表面局域电场获得增强的拉曼光谱信号，激发局域场强度增强，激励待测样品产生表面增强拉曼散射。2.本技术提供的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，采用厚度为40-50nm的金属膜，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，包括：/n激发光单元(10)，用于产生径向偏振光束并入射至表面等离激元激发单元(20)；/n表面等离激元激发单元(20)，用于接收所述径向偏振光束并激发产生表面等离激元；/n扫描单元(40)，包括扫描探针(401)，所述扫描探针(401)与所述表面等离激元进行杂化形成表面等离激元场杂化单元(30)；/n检测单元(50)，用于检测待测样品的拉曼光谱并扫描成像；/n监控单元(60)，对所述待测样品的拉曼光谱进行显示，并根据所述待测样品的特征光谱进行成像；/n所述激发光单元(10)和检测单元(50)均与所述监控单元(60)连接，所述扫描单元(40)依次与所述检测单元(50)及所述监控单元(60)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，包括：
激发光单元(10)，用于产生径向偏振光束并入射至表面等离激元激发单元(20)；
表面等离激元激发单元(20)，用于接收所述径向偏振光束并激发产生表面等离激元；
扫描单元(40)，包括扫描探针(401)，所述扫描探针(401)与所述表面等离激元进行杂化形成表面等离激元场杂化单元(30)；
检测单元(50)，用于检测待测样品的拉曼光谱并扫描成像；
监控单元(60)，对所述待测样品的拉曼光谱进行显示，并根据所述待测样品的特征光谱进行成像；
所述激发光单元(10)和检测单元(50)均与所述监控单元(60)连接，所述扫描单元(40)依次与所述检测单元(50)及所述监控单元(60)连接。


2.根据权利要求1所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，所述表面等离激元激发单元(20)包括：
物镜(202)；及
金属膜，镀于所述物镜(202)上，所述径向偏振光束入射至所述金属膜上激发产生所述表面等离激元并聚焦产生表面等离激元虚拟探针，所述表面等离激元虚拟探针和所述扫描探针(401)杂化形成所述表面等离激元场杂化单元。


3.根据权利要求2所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，所述金属膜的厚度为40-50nm，所述物镜(202)的数值孔径大于1.45。


4.根据权利要求3所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，所述扫描探针(401)与所述金属膜之间形成有间隙且所述间隙小于10nm。


5.根据权利要求4所述的一种针尖增强拉曼光谱显微成像装置，其特征在于，所述激发光单元(10)包括：
激光元件(101)，用于产生预设波长的激光光束；
及沿所述激光光束的光路输出方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张聿全，黎佳星，陈厚凯，闵长俊，袁小聪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44