可寻址等离子体阵列制造技术

一种对样品(7)进行成像的成像设备(1)，包括：可电寻址的像素阵列(6)，其中每个像素被布置成支持其中的表面等离子体共振，以产生倏逝电磁场(8)，所述倏逝电磁场从所述像素横向延伸，以从所述阵列的平面突出，用于照射所述样品(7)。光学检测器(12)被布置成用于检测被所述样品(7)从所述倏逝电磁场(8)散射出的光辐射(9，10，11)。处理单元(4)被布置成将检测到的光辐射(9，10，11)与在其中产生所述表面等离子体共振的阵列内的一个或多个像素的地址相关联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可寻址等离子体阵列
本专利技术涉及可寻址等离子体阵列。特别地，本专利技术涉及其中表面等离子体可以被单独地可寻址且可受控地产生的像素或阵列单元的可电寻址的阵列。本专利技术可应用于光学器件，例如超分辨率成像器件。
技术介绍
显微镜的分辨率与被观察的光的波长成正比，并且与显微镜的物镜的尺寸成反比。由于存在衍射极限，因此利用显微镜来观察亚波长结构很困难。这说明具有波长λ的光在折射率为n的介质中行进并且会聚成半角为θ的光斑，将产生半径为r的光斑，该半径r由下式给出：r＝λ/[2nsin(θ)]用于量化光学显微镜的分辨率的良好近似值是显微镜的“点扩散函数”的“半峰全宽(fullwidthathalfmaximum，简称FWHM)”的值。在可见光中具有高数值孔径的光学显微镜通常达到大约200nm至250nm范围的分辨率。因此，普通的光学显微镜在其分辨物体的能力方面受到衍射极限的限制，并且只能分辨不小于约200nm的物体。然而，为了获得更高的分辨率，传统上需要：(a)使用扫描近场技术(例如原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)、扫描近场光学显微镜(SNOM)，其中小探针(例如，具有nm级的尺寸)被放置到非常接近样品表面处，并且在这种非常接近的情况下将小探针跨越样品表面进行扫描。这是一种缓慢的技术，因为要求探针非常接近样品表面，因此需要大量的精力和时间；(b)使用扫描电子显微镜(SEM)技术、透射电子显微镜(TEM)技术、或扫描离子技术，这些技术利用了高速的带电的大质量粒子(电子，离子)的德布罗意波长比可见光(opticallight)的波长小得多的事实。结果是这样的粒子的衍射极限比可见光的衍射极限低许多量级。然而，这些技术需要使用真空技术及其带来的费用和限制；(c)使用具有相对非常短的波长的光子(UV、X射线)，其具有比可见光的光子小得多的衍射极限。这些技术遭受与创建具有这样的短波长所需的高数值孔径(NA)的光学部件相关的困难。然而，就图像对比度和图像采集速度而言，所有上述的成像方法均比可见光显微镜差。上述非光学方法还遭受以下问题：引起被成像的样品的变化(例如，由真空的存在所引起，或由电离辐射所引起)，或者在样品中产生潜在的物理伪影(例如，由近距离物理扫描技术所引起)。生物、生物化学和医学相关样品的成像需要超过衍射极限的空间分辨率，以便在纳米级的空间尺度上阐明机理。此外，生物样品，特别是活细胞，最好在体内或至少在不改变样品或其机理的情况下在体外进行测试。因此，需要真空条件的技术(例如TEM、SEM、X射线光电子能谱法(XPS))并不是良好的选择。亚衍射受限技术包括：(a)受激发射损耗(STED)显微镜，其是构成超分辨率显微镜的技术之一。其(使用环形/圆环形激光模式)通过荧光团的选择性失活(deactivation)来创建图像，并且使焦点处的照明面积最小化，从而提高了给定系统的可实现的分辨率。(b)扫描近场光学显微镜(SNOM)，其是原子力显微镜(AFM)的光学变体，并且利用扫描光纤(具有亚衍射尺寸的顶点)或振动散射尖端无孔扫描近场光学显微镜(AperturelessScanningNear-FieldOpticalMicroscopy，ASNOM)。(c)随机泛函技术，包括有光敏定位显微镜(PhotoActivatedLocalizationMicroscopy，PALM)和随机光学重建显微镜(StochasticOpticalReconstructionMicroscopy，STORM)，因为这些方法(与STED不同，STED是确定性的)使用数学模型从许多组衍射受限图像重建亚衍射极限。单分子定位和构图(PALM/STORM)是一种非线性效应，其基于可以组合许多图像来随机地缩窄发射点扩散函数(即降低噪声)的思想。在所有光子从同一源发射的条件下，与具有由发射点扩散函数的宽度表示的仅单个发射光子的不确定性的条件下所进行的位置确定相比，对图像的简单拟合过程或对质心的确定允许更精确的位置确定。(d)结构化照明，其是一种涉及利用已知的照明模式(所述模式跨越样品表面进行平移和旋转照明)来提取附加的亚衍射受限信息的方法。除了SNOM/ASNOM之外，所有上述技术都需要利用荧光团来标记样品，并且或者基于非亚衍射受限图像的基于模型的重建，或者采用非常高的激光功率(例如STED)。SNOM是一种相对较慢的扫描技术，其是非常受困于伪影的，并且很难使用这种技术来常规地获得结果。此外，所有上述技术都不能常规地获得(例如与共焦显微镜相比)高得多的空间分辨率。相比于典型的分辨率：共焦分辨率(200nm)、STED(80-100nm)，仅在极少数情况下以及在经选择的(坚固的)样品(如金刚石中的空位)中获得更好的分辨率。所有现有技术都是昂贵的且缓慢的，并且不能提供视频速率水平的成像速度。本专利技术旨在解决上述问题。
技术实现思路
最一般地，本专利技术可寻址地激发表面等离子体，并且通过其与被成像的样品物体的相互作用，将从被激发的表面等离子体散射出的检测光与所讨论的等离子体激发的空间地址在空间上相关联，并且因此与正被成像的样品物体(或其一部分)的位置在空间上相关联。为此目的，表面等离子体的激发可以通过多种方式产生。以下仅是等离子体激发方法的一些实例。为了清楚起见，在下文中，将用于表面等离子体激发的可寻址位置称为“像素”，并且可以使用以下技术中的任一种来激发表面等离子体。表面等离子体是存在于材料的界面处的相干电子振荡，其中介电函数的实部在界面(例如金属-电介质交界面，例如空气中的金属表面)两侧改变符号。表面等离子体中的电荷运动产生延伸到金属外部的电磁场。包括电荷运动和相关电磁场的总激发有时被称为在平滑或平面界面处的表面等离子体偏振子(polariton)，或者当在小粒子或小的凸面图型单元的表面处时被称为局部表面等离子体。在下文中，术语“表面等离子体”旨在囊括所有类型的表面等离子体，包括表面等离子体偏振子和局部表面等离子体。克雷兹曼(Kretschmann)配置：激发光经由光学透明光学耦合块(例如棱镜)耦合到导电(例如金属)表面，该光学耦合块具有在其上设置有导电表面的表面(通常是平的)。光学耦合块经由其下侧将光耦合到导电表面，并且表面等离子体可以在导电表面中在其(暴露的)上侧被激发，根据本专利技术这是成像样品所位于的表面。可以使用诸如玻璃棱镜的棱镜，然而，尽管棱镜形状是方便的，但这种形状并不是必需的。所述光学耦合块使入射光的k矢量与表面等离子体共振的需求相匹配。对于给定的材料(棱镜、金属层和样品物体)组合和固定波长的激发光，存在可以在该角度处实现最佳表面等离子体激发的不同角度。通过改变导电表面上的激发光的入射角，和/或通过改变所使用的激发光的波长，可以实现对这种配置的微调。下面的图1和图2作为一个示例涉及该技术。奥托(Otto)配置：克雷兹曼配置的更早的变体是奥托配置，由此光学耦合块(例如，棱镜)和导电(例如，金属)表面彼此不直接接触，而是由小气隙(大约为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对样品进行成像的成像设备，包括：/n可电寻址的像素阵列，其中每个像素被布置成支持其中的表面等离子体共振，以产生倏逝电磁场，所述倏逝电磁场从所述像素横向延伸，以从所述阵列的平面突出，用于照射所述样品；/n光学检测器，其被布置用于检测被所述样品从所述倏逝电磁场散射出的光辐射；/n处理单元，其被布置成将检测到的光辐射与在其中产生所述表面等离子体共振的阵列内的一个或多个像素的地址相关联。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171221 GB 1721611.01.一种用于对样品进行成像的成像设备，包括：
可电寻址的像素阵列，其中每个像素被布置成支持其中的表面等离子体共振，以产生倏逝电磁场，所述倏逝电磁场从所述像素横向延伸，以从所述阵列的平面突出，用于照射所述样品；
光学检测器，其被布置用于检测被所述样品从所述倏逝电磁场散射出的光辐射；
处理单元，其被布置成将检测到的光辐射与在其中产生所述表面等离子体共振的阵列内的一个或多个像素的地址相关联。


2.根据任一前述权利要求所述的成像设备，包括：
光源，其被设置成当所述像素的温度为第一温度值时照射所述阵列，以产生所述表面等离子体共振，其中所述处理单元被布置成将所述温度从所述第一温度值可逆地改变到与所述第一温度值差异足够大的第二温度值，以使所述表面等离子体非共振或者更远离共振，从而减小所述倏逝电磁场。


3.根据权利要求2所述的成像设备，其中：
所述第二温度值高于所述第一温度值。


4.根据任一前述权利要求所述的成像设备，其中：
所述像素包括导电线的一部分，所述一部分的导电线的横截面面积比沿着所述导电线的所述像素的任一侧的相邻部分的导电线的横截面面积小。


5.根据任一前述权利要求所述的成像设备，其中：
所述像素阵列由两个彼此间隔开的叠置的导线阵列形成，其中像素形成将所述两个阵列中的一个阵列的导线与所述两个阵列中的另一个阵列的导线电连接的导电桥。


6.根据任一前述权利要求所述的成像设备，其中：
所述像素阵列由两个彼此间隔开的叠置的导线阵列形成，其中在所述两个阵列中的一个阵列的一个导线与所述两个阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：多米尼克·泽鲁拉，
申请(专利权)人：爱尔兰国立都柏林大学，
类型：发明
国别省市：爱尔兰;IE