本发明专利技术公开了一种螺旋锥金属探针及其用于超分辨近场检测的方法。所述螺旋锥金属探针是一种基于光纤端面的螺旋锥金属探针，可以使用线偏振光进行激发，在锥尖处形成局域电磁场增强“热点”，进而实现低于10nm的超高近场分辨。本发明专利技术提供的螺旋锥型金属探针制备方法简单，可进行批量生产制造。该探针可实现在近场探测分辨率低于10nm，在近场检测领域具有广阔的应用前景。的应用前景。的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种螺旋锥金属探针及其用于超分辨近场检测的方法
[0001]本专利技术属于表面等离子体光学
，具体涉及一种螺旋锥金属探针及其用于超分辨近场检测的方法。
技术介绍
[0002]近场扫描光学显微镜(SNOM)基于扫描探针激发或收集近场信号，能够突破光学衍射极限，是一种用于可见光、红外和太赫兹成像和光谱的扫描探针技术，具有纳米级的空间分辨率。从材料表征到生物科学，它已被证明具有巨大的应用潜力。孔径型扫描近场光学显微镜(a
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SNOM)作为SNOM的一种，当探针孔径小于100nm时，光通过孔径的透过率会急剧下降。目前在实际应用中，a
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SNOM的探针通光孔径约为100nm，光学空间分辨率最高约为50nm，提高光透过率和光学空间分辨率变得尤为重要。
[0003]近些年，由于表面等离激元(SPPs)具备突破衍射极限的模式体积，金属探针等离子体聚焦技术在近场扫描光学显微镜(SNOM)中的成功应用而引起了广泛的研究。在这些应用中，圆锥结构探针被广泛使用，不过由于该结构的对称性会使得线偏振光在其表面激发的表面等离激元(SPPs)在顶点处产生干涉相消，所以必须使用径向偏振光进行激发，这不便于在实际应用中使用。
[0004]2014年，李家方等人首次提出带有螺旋波纹的空心金属锥形光纤探针，通过沿锥形结构制造螺旋波纹，引入了不对称，实现了对入射光偏振不敏感的SPPs在锥尖聚焦，消除了光束和偏振对准的复杂性。虽然该结构能实现在锥尖的聚焦，但周围的噪声场也较大，且传输效率仅有1.4％(J.Li，J.Mu，B.Wang，W.Ding，J.Liu，H.Guo，W.Li，C.Gu，and Z.
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Y.Li，“Direct laser writing of symmetry
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broken spiral tapers for polarization
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insensitive three
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dimensional plasmonic focusing，”Laser Photonics Rev.8，602
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609(2014).)。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种螺旋锥金属探针及其用于超分辨近场检测的方法。
[0006]本专利技术提供的螺旋锥型金属探针制备方法简单，可进行批量生产制造。此外，该探针可实现在近场探测的分辨率降低到10nm以下，在近场检测领域具有广阔的应用前景。
[0007]本专利技术采用如下技术方案。
[0008]一种基于光纤端面的螺旋锥金属探针，包括光刻胶介质层和金膜层，所述光刻胶介质层包括一个圆锥结构以及圆锥表面的半椭圆螺纹结构。
[0009]上述的一种螺旋锥金属探针用于超分辨近场检测的方法，包括以下步骤：
[0010](1)将一段单模光纤剥去涂覆层，利用光纤切割刀切平光纤端面，并将其固定于一个具有单轴位移台的光纤夹具上，在夹具前端固定一块玻片，调节位移台使得光纤端面距离玻片小于0.5mm，在玻片边缘滴上光刻胶导流至光纤端面，使光纤端面完全浸没于光刻胶中；
[0011](2)将光纤夹具固定于激光直写平台中，通过计算机系统编写程序控制激光直写平台，首先通过振镜模式在光纤端面打印圆锥型结构，随后使用压电模式打印沿着圆锥表面的螺纹结构，之后将光纤从夹具上取下，先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶，随后将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液，取出后光纤表面的异丙醇溶液可在室温下自然挥发；
[0012](3)将光纤转移至磁控溅射镀膜机，在光纤端面的结构表面进行镀膜，镀膜靶材为金，设定镀膜功率和镀膜时间，镀膜完成后即在光纤其中一个端面上得所述螺旋锥金属探针，且光纤的另一端面为没有镀膜、没有探针的光滑的光纤切面；
[0013](4)将上述制备好的一端有金属探针，一端为光滑切面的光纤的光滑切面端固定在位移台上，通过一个耦合透镜将激光器输出的激光从光滑切面无探针的一端耦合进光纤中，利用位移台调整光纤光滑切面无探针的一端位置使耦合效率达到9％左右，输入的激光可以激发螺旋锥金属探针的SPPs在锥尖处产生“热点”，光纤端面的光斑大小为8nm左右；
[0014](5)将上述制备好的一端有金属探针，一端为光滑切面的光纤的金属探针端粘到音叉上，将它用做NT
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MDT的SNOM近场成像系统的探针；
[0015](6)SNOM工作在照明模式下，光源从光纤的远端耦合到探针内部产生的局部热点信号作为近场照明源样品，利用探针采用SNOM的近场光学成像扫描模式扫描样品，设置扫描速度为15um/s
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20um/s，采集间隔为2nm
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40nm，通过样品的光经过分束器，进入光电倍增管(PMT)探测器收集透过光栅后的光强，从而得到SNOM近场扫描图像。
[0016]进一步地，步骤(2)中，将光纤从夹具上取下，先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶，浸润时间为不少于20分钟。
[0017]进一步地，步骤(2)中，将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液，浸润时间为不少于3分钟。
[0018]进一步地，步骤(3)中，设定镀膜功率为50W
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80W，设定镀膜时间为80秒
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110秒。
[0019]进一步地，步骤(4)中，使用线偏振光作光源进行激发。
[0020]进一步地，步骤(6)中，由SNOM近场扫描图像截取出样品中横跨两个不同材料之间边界上的一维SNOM扫描线剖面。在显微镜中的空间分辨率通常是通过测量横跨两个不同材料之间的尖锐边界的典型点对称线轮廓的宽度来评估的，该对称线轮廓也称为边缘扩展函数(ERF)。边缘扩展函数(ERF)的特征宽度w可以通过它的微分函数线扩散函数(LSF)来确定。LSF表示线状物体的图像，是以材料边界为中心的高斯函数。LSF的宽度根据特定的标准(如瑞利)来决定空间分辨率。在SNOM实验中，空间分辨率通常是由在横跨两个不同材料之间边界上记录的线剖面(即ERF)中直接测量的宽度数值来决定。其中，ERF的宽度可以由相应的LSF函数的半高宽决定。由此，所述一维SNOM扫描线剖面中的尖锐变化处即为样品中横跨两个不同材料之间的边界处，此段线剖面即为ERF，由相应的LSF函数的半高宽即可得到探针的分辨力。
[0021]与现有技术中的圆锥结构探针相比，本专利技术使用表面增加螺纹的螺旋锥结构，可以有效打破这种对称性，使用线偏振光就可以激发SPPs在锥尖处产生“热点”，其光斑能达到几纳米的量级，可以实现在近场探测的分辨率降低到10nm以下的超高近场分辨，且在模式场中具有良好的信噪比，传输效率可达9％左右，能更好地实现高通量和高分辨率，因此本专利技术的提出使其有望在高近场超分辨检测领域具有广阔的应用前景。
[0022]本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0023](1)本专利技术提供的螺旋锥型金属探针的制备方法简单，可进行批量生产制造。
[002本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种螺旋锥金属探针，其特征在于，所述螺旋锥金属探针包括光刻胶介质层和金膜层；所述光刻胶介质层包括一个圆锥结构以及圆锥表面的半椭圆螺纹结构，该螺旋锥金属探针使用线偏振光进行激发后，在锥尖处形成局域电磁场增强“热点”，进而实现低于10nm的超高近场分辨。2.权利要求1所述的一种螺旋锥金属探针用于超分辨近场检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一段单模光纤剥去涂覆层，利用光纤切割刀切平光纤端面，并将其固定于一个具有单轴位移台的光纤夹具上，在夹具前端固定一块玻片，调节光纤端面与玻片的距离，在玻片边缘滴上光刻胶导流至光纤端面，使光纤端面完全浸没于光刻胶中；(2)将光纤夹具固定于激光直写平台中，通过计算机系统编写程序控制激光直写平台，首先通过振镜模式在光纤端面打印圆锥型结构，随后使用压电模式打印沿着圆锥表面的螺纹结构，之后将光纤从夹具上取下，先浸润于显影液中溶解未反应的光刻胶，随后将光纤移至异丙醇溶液中溶解显影液，取出后光纤表面的异丙醇溶液可在室温下自然挥发；(3)将光纤转移至磁控溅射镀膜机，在光纤端面的结构表面进行镀膜，设定镀膜功率和镀膜时间，镀膜完成后即在光纤其中一个端面上得所述螺旋锥金属探针，且光纤的另一端面为没有镀膜、没有探针的光滑的光纤切面；(4)将光纤带有螺旋锥金属探针的一端粘到NT
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MDT的SNOM近场成像系统的音叉上，SNOM工作在照明模式下，光源从光纤的远端耦合到探针内部产生局部热点信号作为近场照明源去照明标准样品，样品采用近场光学成像扫描，设置扫描速度和采集时间，通过样品的光经过...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志远，邓秋蓉，黄容涛，龙利，陈宇昕，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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