近场光学显微镜SNOM
s-snom工作原理
s-snom工作原理英文回答：S-SNOM Working Principle.Scanning s-SNOM (scattering-type scanning near-field optical microscopy) is a powerful technique for imaging the local optical properties of materials with nanoscale resolution. The working principle of s-SNOM is based on the scattering of light from a sharp metallic tip that is brought into close proximity to the sample surface. The tip acts as a subwavelength antenna that concentrates the incident light field and enhances the scattering signal from the sample.The scattering signal collected by the tip is directly related to the optical properties of the sample at the nanoscale. For example, the amplitude of the scattering signal is proportional to the local refractive index, while the phase of the scattering signal is related to the localthickness and topography of the sample. By raster scanning the tip across the sample surface, it is possible to generate images that map the spatial distribution of these optical properties.S-SNOM has a number of advantages over other near-field optical microscopy techniques, such as apertureless SNOMand photoluminescence SNOM. First, s-SNOM does not require the use of a subwavelength aperture, which can be difficult to fabricate and maintain. Second, s-SNOM is compatiblewith a wide range of samples, including opaque and non-fluorescent materials. Third, s-SNOM can be used to image both the real and imaginary parts of the sample's optical response.S-SNOM has been used to study a wide range of materials, including semiconductors, metals, polymers, and biological materials. It has been used to investigate the optical properties of nanostructures, such as quantum dots and plasmonic resonators. It has also been used to study the local optical properties of materials in heterogeneous systems, such as solar cells and thin films.中文回答：S-SNOM工作原理。
近场光学显微镜
近场光学显微镜
近场光学显微镜（MO-SNOM）是扫描近场光学显微镜的一种形式。
一种扫描近场光学显微镜（SMOM），用于可视化样品表面的形状和磁通量分布。
用于分析磁性材料中磁光效应引起的光的偏振度的光学系统已添加到透射SNOM中。
入射的激光束通过声光调制器（AOM）以15 kHz的频率闪烁，然后用偏振器线性偏振，然后在安装有探头的悬臂背面引导到单模光纤探头。
有反射器，使用光xxx法探针-进行控制采样距离，探针是在振荡用声光调制器的闪烁同步地（AOM）的压电元件是通过振动。
SNOM(理论与应用)
1
第2章
动力学方程的类比——模型引入的可行性
在量子隧穿的模型中,非相对论形式的动力学方程是著名的 Schrö dinger 方程
(
可变形为
2
2m
2 V ) E
( 2-1 )
(2
2m( E U )
2
) 0
( 2-2 )
此即
(2 k 2 ) 0
( 2-3 )
而对于作为电磁场的光场,又有 Helmholtz 方程
(2 k 2 ) E 0
( 2-4 )
由此,借用 STM 中的 s-波针尖模型,我们可以做如下图的模型
样品表面波函数为周期性的平面场 , 针尖的波函数由于其复杂性 , 我们将其简化 为半径为 R 的球形模型,其允许进入的波的模式为球波.成像信号为这两种模式的 光场的耦合,可以认为是能量在这两种模式的波场中的传递.
( 3-5 )
G 2 ( f x , f y )
( 3-6 )
3
为波矢的水平空间分量. 考虑到光场能量远小于样品的表面激发能量的情形,我们取
k/ / 0
( 3-7 )
为第一 Brillouin 区的原点, 则由如上代换可以直接得到光场的周期平面场的衰 逝部分
E( x, y, z ) E( f x , f y ,0)e
3.2
1s 球波与球形光场的衰逝部分
从众所周知的对量子力学中的球方势阱问题束缚态的求解中,给出在
ra
时,势阱外存在解
R( r ) Bk ' l
( 3-19 )
2k ' r
K
l
1 2
(k ' r )
( 3-20 )
SNOM综述
光纤插入腐蚀液深度2～ 3mm
加热温度：70～90oC 滴漏速度为40～60滴/分
腐蚀法（续）
由于HF具有挥发性，会被液上的光纤吸收、聚集，导致这 部分光纤被腐蚀 ，变细，从而使纤锥变得细长，锥角小 （通常只有10度以下），这是很不利的。 带保护层的化学腐蚀法：（中科大）
历史与现状（续）
国内外的研究组：
法国Besancon大学courjon小组、美国AT&T Bell实 验 室 Betzing 小 组 、 德 国 Konstanz 大 学 Bielefeldt 和 Krausch小组、丹麦Alborg大学Bozhevolnyi小组、 美 国 Cornell 大 学 Cline 小 组 、 荷 兰 Twente 大 学 vanHulst小组；
在国内，北京、清华、中科大、南开、南京大学等 都有对SNOM进行研究。
综述 分类及基本原理
超衍射极限成像的基本条件
1 隐失波：受光照明物体的表面的近场 包括两种成分:
一种是传导波(propagating wave),可从近场 区域向远处传播而同时存在于远场区域；
另一种是隐失波(evanescent wave)，其强度 随距物体表面距离的增加而呈指数衰减且仅 存在于近场区域:
近场光学显微镜
李德春 2002.5.19
内容
综述 探针制备 举例
综述
历史与现状 分类及基本原理
引言
人们发现STM、AFM条件过于苛刻，不 如光学手段方便快速 由于分子生物学问题、纳米尺度分辩的 微电子学问题、纳米级分辩光存储等近 代课题的出现，迫切需要解决纳米级分 辩的光学显微成像技术。
近场扫描光学显微镜安全操作及保养规程
近场扫描光学显微镜安全操作及保养规程一、安全操作近场扫描光学显微镜（Scanning Near-field Optical Microscope，SNOM）是一种高分辨率的显微镜，可以在纳米尺度下观察材料的特性和表面形貌。
为了确保您的安全，以下是近场扫描光学显微镜的安全操作规程：1.实验室规定：–近场扫描光学显微镜仅限于在合适的实验室条件下使用。
–在使用近场扫描光学显微镜时，应配备个人防护装备，如实验室外套、手套和护目镜。
2.设备检查：–在使用近场扫描光学显微镜之前，检查所有设备的连接情况是否正常。
–确保设备的电源和调节器处于关闭状态。
3.样品准备：–准备样品时，确保操作台面干净整洁。
–使用适当的工具处理样品，避免直接用手触摸。
–检查样品是否与近场扫描光学显微镜兼容。
4.样品安装：–使用显微镊子小心地将样品放置在样品台上，确保样品稳定。
–不要施加过大的力量，以免损坏样品。
5.光源设置：–按照设备操作手册的指导设置光源参数。
–避免直接观察光源，以免眼睛受到损害。
6.近场探针检查：–使用显微镊子小心地安装或更换近场探针。
–检查近场探针是否清洁，并保持其完整性。
–确保近场探针与样品的接触精确。
7.系统调整：–打开电源并进行系统初始化。
–按照设备操作手册的指导进行系统调整。
–调整近场扫描光学显微镜以获得所需的图像。
8.操作流程：–严格按照设备操作手册的指导进行操作。
–注意操作流程中的每个步骤，并确保每个步骤的顺利进行。
9.关闭系统：–关闭电源之前，设置设备参数回初始状态。
–将近场探针小心地取下并妥善保存。
–定期清洁和保养设备。
二、设备保养为了确保近场扫描光学显微镜的正常运行和延长使用寿命，以下是设备的保养规程：1.定期清洁：–使用合适的清洁剂和软布清洁设备的外部表面。
–避免使用有机溶剂或腐蚀性物质清洗设备。
2.近场探针维护：–定期检查近场探针的状态，并根据需要更换探针。
–清洁近场探针时，使用特殊的清洁液和纯净水。
近场光学显微技术原理及应用
Tip is approached
Tube image width is ~ 70 nm (limited only by
size of the tip)
本章小节
1、基本概念： 近场：
（4） （5）
一、辐射场和隐失场
3、光栅衍射场和精细结构
y
•1)光栅周期大于波长（d>λ）
d
1/v x
u2
v2
1
2
2 2 1
1/u
A(
,
,
z)
A0
(
,
)
exp[i
2
(1 2 2)z]
（5）改写A(
,
,
z)
A0 (
,
) exp[i(z)，] 实数
(z)
2）光栅周期小于波长（d<λ）
隐失场的表达式 ：
E(x,
y,
z,
t)
A(
x,
y,
z)
exp[-i(k
x
x
kx
y)]
exp(
-z Rd
)
二、隐失场理论 1、隐失场的特征
隐失波 (evanescent wave，衰逝波，倏逝波等) 尺寸小于波长的信息，包含在隐失场中； 隐失场离开物体表面在空间急剧衰减； 隐失场是非辐射场或非传播场。
三、近场光学显微镜概述 2、 提高显微镜分辨率的历史概貌
分辨率/nm 1000 100 10 1
0.1
1800 1850 1900 1950 2000 年
传统光学显微镜 电子显微镜 场离子显微镜 扫描隧道显微镜 近场光学显微镜
三、近场光学显微镜概述
3、近场光学显微镜的优点： ✓ 样品不一定必须是导体，也可以是非导体或
扫描近场光学显微镜与纳米光学测量
在实验技术部分，书中详细介绍了SNOM的实验设备、操作流程以及数据处理方 法。从样品制备到实验设置，再到数据解析，每个步骤都进行了详尽的解释。 还通过实例展示了SNOM在各种不同材料和结构中的应用，包括半导体、金属、 介质、生物和有机材料等。
在纳米光学测量应用部分，书中深入探讨了SNOM在各种纳米光学现象的测量中 的应用，包括表面等离子体共振、光学非线性、纳米光子学等。这些内容不仅 展示了SNOM的广泛适用性，也揭示了其在纳米光学研究中的独特优势。
更重要的是，书中还深入探讨了纳米光学测量在纳米光子学和等离激元光学研 究中的应用，包括近场光学超分辨成像、纳米尺度光场振幅、相位、矢量场、 磁场、偏振、光谱等物理参数的测量表征。
这本书给我留下了深刻的印象。它为我们提供了关于SNOM的全面信息，这种工 具在纳米光学测量中扮演着越来越重要的角色。在理解SNOM的工作原理和性能 指标时，我们可以更好地评估和应用这种工具。书中还提到了纳米光学测量的 多种应用，这让我对纳米科技有了更深入的了解。
《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》是一本的应用。无论大家是初学 者还是专业研究人员，这本书都将为大家提供宝贵的资源和启示。
阅读感受
在科学社的《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》一书中，作者王佳、武晓 宇、孙琳以深入浅出的方式，为我们揭示了扫描近场光学显微镜（SNOM）以及 纳米光学测量的奥秘。这本书不仅对近场光学的基本概念和探测原理进行了概 述，还详细阐述了SNOM的分类、工作原理、功能模块、关键技术、性能指标等。
《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》这本书是一本为所有对纳米光学和近 场光学感兴趣的读者提供的宝贵资源。无论是初学者还是专业研究人员，都可 以从这本书中获得深入而广泛的知识和理解。
这本书还通过图表、插图和实例等方式，使抽象的理论变得生动且易于理解。 读者可以直观地看到SNOM的工作过程和结果，从而更好地理解和掌握SNOM的 基本原理和应用。
近场光学和纳米光学分析
近场光学和纳米光学分析近场光学和纳米光学是近年来发展迅猛的前沿研究领域，它们利用光的近场效应以及与纳米尺度物质相互作用的光学现象来实现对细微结构的分析和操控。
近场光学与传统的光学相比，可以突破传统光学的分辨率极限，有效地研究纳米尺度的物质特性。
近场光学的基本原理是利用探针和样品的相互作用，通过探针的高分辨率、高增强效果以及样品对探针的敏感响应，实现对样品表面和局部特征的显微分析。
其中，最常用的技术是近场光学显微镜（SNOM）。
SNOM通过在样品表面附近放置一个特殊的光学探针，利用探针的高分辨率和表面增强效应，可以直接观察和操控样品的纳米结构。
同时，SNOM还可以通过调节光探针的位置以及利用光的散射、吸收、荧光等性质，实现对样品的化学成分、表面电荷、生物分子等的分析。
近年来，SNOM已经被广泛应用于材料科学、生物医学、纳米电子等领域。
而纳米光学则更加注重对纳米结构中的光与物质相互作用的研究。
纳米尺度的物体在与光相互作用时，由于尺寸大小接近光波长，表现出与大尺度物体不同的光学特性。
纳米结构可以通过调控其光学性质来实现对光的强化、控制与操控，尤其在纳米光子学领域有着重要的应用。
纳米光学的研究主要集中在材料的表界面和结构上。
通过调控纳米结构的形状、组成和排列方式，可以控制其对光的吸收、散射、透射等性质。
例如，金属纳米颗粒具有表面等离激元共振现象，通过调整纳米颗粒的尺寸和形状，可以调控其吸收和散射光的波长和强度。
这种效应在光传感、光电子器件等领域有着广泛的应用。
此外，通过在纳米结构材料表面引入掺杂物或微观结构，还可以实现光学响应的非线性和增强，例如拉曼散射、谐振光学穿孔等。
这些纳米结构与光的相互作用的研究，也为制备高性能的光电材料和光子学器件提供了新的途径。
近场光学和纳米光学的研究不仅有助于理解材料在纳米尺度上的光学性质，而且为其在能源、光电子、生物医学等领域的应用提供了基础。
例如，近场光学和纳米光学的应用可以实现对太阳能电池、光催化材料以及光传感器等能源材料的表征和调控，进一步提高其能量转化效率和性能稳定性。
近场光学数值模拟和扫描近场光学显微镜的开题报告
近场光学数值模拟和扫描近场光学显微镜的开题报告1.研究背景和意义:近场光学（NSOM）是一种将光学探测器放置在尺度小于光学波长的范围内的技术。
这种技术可以使我们不受光学波长的束缚来研究超微观结构和表面形貌。
扫描近场光学显微镜（SNOM）是使用NSOM技术的一种设备，它可以以亚纳米分辨率来显示样品表面的光学性质。
由于扫描近场光学显微镜可以应用于各种物理、化学、生物和医学领域的研究中，因此该设备近年来得到了广泛的研究和应用。
在SNOM技术的发展过程中，数值模拟成为非常重要的一部分，可以帮助研究人员理解NSOM设备的工作原理和表征样品的方法，因此，NSOM数值模拟技术的研究对于SNOM的进一步发展和应用具有重要的意义和价值。
2.研究内容和方法：本项目旨在研究近场光学数值模拟和扫描近场光学显微镜，并从以下几个方面进行研究：（1）近场光学数值模拟原理及其应用于SNOM检测的方法（2）近场光学数值模拟对SNOM检测结果的影响机理研究（3）通过数值模拟来优化SNOM技术，提高其性能和应用范围本项目的研究方法主要包括：（1）查阅文献和资料，了解NSOM和SNOM技术的发展现状及研究进展（2）数值模拟软件的使用，进行近场光学数值模拟的理论和实验研究（3）对比和分析数值模拟和实验结果，从而解释实验结果和优化SNOM技术的性能3.研究计划和预期结果：本项目的研究计划如下：（1）第一年：研究近场光学数值模拟原理，数值模拟软件的使用和近场光学数值模拟在SNOM中的应用（2）第二年：研究数值模拟对SNOM检测结果的影响机理，尝试对SNOM技术进行优化和改进（3）第三年：实验验证数值模拟所得到的结果，对比和分析实验和数值模拟结果，从而解释实验结果和进一步优化SNOM技术的性能预计研究结果包括：（1）对近场光学数值模拟原理和应用的深入理解（2）探究数值模拟对SNOM检测结果的影响机理，为其优化和改进提供理论指导（3）改进和优化SNOM技术，提高其检测性能和应用范围4.研究难点和挑战：本项目的研究难点和挑战主要包括：（1）近场光学数值模拟的原理和方法非常复杂，需要掌握一定的数学和物理知识（2）数值模拟虽然可以简化实验过程，但是，其结果的准确性受到很多因素的影响，需要认真分析和评估其优劣。
近场光学显微技术原理及应用
1984年 D. W. Phol 等人把近场光学技术与 STM 技术的 結合，制成了第一台近场光学显微镜SNOM (scanning nearfield optical microscope)。分辨率达到了1/20波长。
传统光学显微镜概述
传统光学显微镜
1、传统光学显微镜分辨本领
肉眼 显微镜筒
样品台 聚光镜
• 传统光
相对光强曲线 I / I0
学显微
主极大
镜
第一极小
－光学透镜
sin
组成
• 光学衍 射极限
－艾里斑
艾里斑
光源
2、瑞利判据
刚可分辨
不可分辨
如一个物点的衍射光斑的 主极大与另一个物点的衍 射光斑第一极小恰好重合， 便认为两个物点的像刚好 能被分辨开。
近场光（表面波）
•近场：从物体表面到一个波长以内的距离。 •远场：从近场以外一直延伸到无穷远的区域。
二、近场光学及近场光学显微镜概念
1、近场光学：
研究距离物体表面一个波长以内光学现象的新型学科。
2、近场光学显微镜：
用来观测近场（微观尺度）光学现象的新型显微工具 。 不用光学透镜成像, 而用近场光学探针的针尖在样品表面 上方扫描获得样品表面的信息。
三、近场光学显微镜概述
1、 近场光学显微镜之演进历史
• 1928年E.H.Synge第一 个提出突破分辨率极限的 构想。
1）强光源 2）nm量级微调 3）nm量级小孔
光电池
三、近场光学显微镜概述
1956年 J.A. O’Keefe 也提出了一个近场光学扫描显微 镜的构想。
04 扫描近场光学显微镜
•
•
– –
发展历史
Previously developed high-resolution techniques, such as scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, scanning tunneling microscopy, and atomic force microscopy, do not benefit from the wide array of contrast mechanisms available to optical microscopy, and in most cases, are limited to the study of specimen surfaces only. Aside from the available contrast-enhancing techniques of staining, fluorescence, polarization, phase contrast, and differential interference contrast, optical methods have inherent spectroscopic and temporal resolution capabilities.
• • • •
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• •
•
• •
1932年，Synge's alternative idea: instead of the aperture -point light source 1950年，R.J.Moon通过扫描一个针孔得到了物体的显微图像。 20世纪60年代，激光器发明，解决了Synge提出的第一个技术难题-强光源。 1972年，E.A.Ash和G.Nichols研制成功工作在微波区域的近场显微镜-扫描近场微波显微镜 (scanning near-field microwave microscope)，用3cm的微波获得λ/60的分辨率，历史上第一 个制造出突破分辨率衍射极限的显微镜。成功得益于厘米波长，小孔和小孔至样品间距的尺 Synge's original proposal 度只需控制在毫米量级。 1981年，G.Binnig和H.Rohrer发明STM，解决了Synge提出的第三个难题-纳米级的扫描。 1984年，发明STM的IBM苏黎世实验室D.W.Pohl等人解决了Synge的第二个技术困难-微孔探 针的制造，在实心石英棍端面制备出纳米透光小孔，制成第一台SNOM，分辨极限可达λ/20， 首次突破因衍射效应所导致的光学显微镜的分辨极限。但在探针性能和探针-样品间距的监控 方面还存在困难，难以推广和应用。 1986年，美国康奈尔大学A.Harootanian和E.Betzig等人制成玻璃中空微导管探针。用玻璃毛 细管作导波管，把毛细管一头拉制成针状作探头，分辨率达到150nm。 1989年，R.C.Reddick等人研制成另一类突破分辨率衍射极限的OM-光子扫描隧道显微镜 (photon scanning tunneling microscope, PSTM)，分辨率200nm。 1991~1992年间，贝尔实验室E.Betzig等人改进SNOM：用单模光纤代替玻璃毛细管作为 SNOM探针；采用激光探测针尖和样品间切变力变化，并利用该切变力变化进行反馈控制， 方便地解决了监测和控制针尖至样品表面之间距离至纳米量级的问题。 Work from E.A.Ash and G.Nichols 1993年10月，美国TopoMetrix公司推出商品名‚Aurora”的SNOM，观测到直径18nm的棒状 烟草病毒的像。 国内SNOM研究始于20世纪90年代初。1994年中科院电子显微镜实验室和大连理工大学合作 研制成我国首台SNOM，横向分辨优于10nm，纵向分辨优于1nm。
近场光学技术在生物医学中的应用
近场光学技术在生物医学中的应用一、概述近场光学技术是一种研究微观结构和催化化学反应过程的有效工具，近年来被广泛应用于生物医疗领域。
与传统光学技术不同，近场光学技术可以分辨数十纳米的细微结构，使得其在分子生物学、药物研究以及生物医学影像等方面具有重要的应用价值。
本文将重点探究近场光学技术在生物医学中的应用。
二、近场光学技术在生物医学影像上的应用作为一项高分辨率显微镜技术，近场光学显微镜（SNOM）在生物医学影像方面具有广泛的应用。
这种非接触式显微镜技术可以通过缩短探针与样品间的距离来获得精确的图像和样品拓扑结构信息。
由于可以在低功率下捕捉图像信息，因此该技术通常用于观察细胞结构、细胞形态和分子分布。
在生物医学图像学中，该技术已被证实能够提供比传统的扫描电子显微镜和荧光显微镜更优的图像质量和数据解析度。
三、近场光学技术在分子生物学上的应用在分子生物学方面，近场光学技术可以被用来研究生物大分子（如蛋白质、核酸和多肽）的空间结构和相互作用。
通过将表面等离子体共振增强的近场光学技术（SPM）与生物大分子结合使用，可以在纳米级别下精确测量这些分子之间的相互作用。
例如，SERS（表面加强拉曼光谱）可以检测特定分子，如DNA，具体细胞、有机和无机小分子，而AFM-SPM也可以被用来研究细胞表面和细胞生物学信息的新方法。
这些技术还可以用作一种新颖的生物分子诊断技术，以便在早期通过生物分子的检测来识别疾病。
四、近场光学技术在药物研究中的应用作为一种非破坏性的高分辨率显微镜技术，近场光学显微镜在药物筛选和化学组分分析方面也显示出了良好的应用前景。
通过利用荧光探针和各种共振现象，可以对药物分子的结构和活性进行精细的检测，这对于化学药物开发和药物治疗的优化具有重要意义。
另外，还可以通过制备高规格化的样品，利用近场光学技术对分子的活性和稳定性进行研究进一步指导化学药物的设计。
五、总结近场光学技术的应用在生物医学领域尤为突出，其高精度、高灵敏度、高分辨率的特点使其成为一种非常有前景的技术。
近场光学显微镜
光学显微镜的分辨率
• 如何克服近场光学显微镜在成像过程中的光学衍射极
限，以实现更高的分辨率
02
提高成像速度和灵敏度
• 如何实现光纤探针的更快扫描速度，以提高近场光学显
微镜的成像速度
• 如何提高近场光学显微镜的检测灵敏度，以实现对微弱
信号的准确检测
03
拓展成像功能和应用领域
• 如何开发新的成像模式和技术，拓展近场光学显微镜的
在生物科学领域，近场光学显微镜有
望实现对生物分子和细胞过程的更深
入、更精细的研究
在材料科学领域，近场
光学显微镜有望实现对
材料性能的更准确、更
快速的评估和优化
在医学领域，近场光学
显微镜有望实现对疾病
发生、发展和治疗的更
早期、更精确的监测和
评估
近场光学显微镜面临的技术挑战
01
提高成像分辨率
• 如何实现光纤探针的更高精度和更小尺寸，以提高近场
分辨率
• 近场光学显微镜的分辨率低于电子显微镜，但高于光学显微镜 -这使
得近场光学显微镜能够在一定程度上观察到电子显微镜所无法观察到的
细微结构
成像方式
• 近场光学显微镜利用光纤探针在样品表面进行扫描，实现对样品表面
形貌和光学性质的成像
• 电子显微镜利用电子束对样品进行成像，可以实现样品的微观观察
应用领域
光信号、拉曼信号等
• 这使得近场光学显微镜在生物科学和材料科学等领域具
有广泛的应用前景
03
独特的成像方式
• 近场光学显微镜利用光纤探针在样品表面进行扫描，实
现对样品表面形貌和光学性质的成像
• 这种成像方式使得近场光学显微镜具有很高的灵活性和
光学测量方法实现在纳米级别量测并可视
光学测量方法实现在纳米级别量测并可视光学测量是一种常用的非接触式测量方法，可以在不破坏被测对象的情况下获取其表面形貌和尺寸信息。
由于光学测量具有高精度、高效率和无损检测等优点，在纳米级别的测量领域得到了广泛应用。
纳米级别的测量是科学研究和工程技术中的重要任务，对于探索纳米世界的新现象和提高纳米器件制造的精度至关重要。
光学测量方法在纳米级别的量测中发挥着重要作用，可以实现非常精确的表面形貌和尺寸量测，并且具有可视化的特点。
在纳米级别的光学测量中，常用的方法有：1. 扫描近场光学显微镜 (SNOM)：这种方法利用纳米尺度的近场光学原理，将光源聚焦到纳米尺度的探针尖端，通过探测光与被测样品相互作用的变化，来实现纳米级别的量测。
通过控制探测器的移动，可以在纳米级别内进行图像扫描，获取高分辨率的纳米级别表面形貌信息。
2. 原子力显微镜 (AFM)：原子力显微镜是一种通过探针与被测样品之间的相互作用力来获取样品表面形貌的测量方法。
它不仅可以在纳米级别内测量样品的表面形貌，还可以实现原子级别的分辨率。
通过探测器的移动和探针的借助，可以实现在纳米级别内的量测并可视化。
3. 散射光学一维和二维显微镜：这种方法利用样品散射的光学特性，通过一维或二维的显微镜来实现纳米级别的量测。
通过对散射光的方向、强度和偏振状态进行测量和分析，可以获取样品表面形貌和尺寸的信息。
而且，这种方法具有实时、快速和无需接触样品的特点，非常适合对纳米级别结构进行量测。
需要注意的是，在纳米级别的光学测量中，仪器的精度和分辨率非常重要。
为了提高测量的准确性和可靠性，通常会采用先进的光学元件、高稳定性的光源和精密的控制系统来构建测量系统。
此外，还需要进行有效的信号处理和数据分析，以提取出真实、准确的纳米级别量测结果。
光学测量方法在纳米级别量测中的应用非常广泛。
例如，在纳米科学和纳米技术中，常用光学测量方法来研究纳米材料的光学性质、光学波导器件的制备和性能评估等。
用于扫描近场光学显微镜的一种新型非光学样品-探针间距测控方法
用于扫描近场光学显微镜的一种新型非光学样品-探针间距测控方法刘秀梅;洪涛;王佳;李达成【期刊名称】《电子显微学报》【年(卷),期】1999(18)1【摘要】扫描近场光学显微镜ＳＮＯＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇｎｅａｒ－ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）自八十年代中期以来获得了迅速的发展，并具有超衍射极限光学分辨率。
作为ＳＮＯＭ的关键技术之一，样品与探针间距的控制十分重要而且实现起来比较困难。
基于剪切力原理，本文提出了一种新型的样品－针尖间距测控的非光学方法，即，利用压电陶瓷的压电和逆压电效应，将压电陶瓷片分为三部分，分别用于激励探针振动、固定探针以及探测针尖振动变化。
该方法的灵敏度很高，可将样品－针尖的间距控制在３ｎｍ左右，而且廉价、制备十分简单。
【总页数】5页(P119-123)【关键词】扫描近场光学;显微镜;间距调控;非光学法【作者】刘秀梅;洪涛;王佳;李达成【作者单位】精密测试技术及仪器国家重点实验室;清华大学精密仪器系【正文语种】中文【中图分类】TH742.9【相关文献】1.近场扫描光学显微镜中的一种新型距离控制方法研究 [J], 李创社;李实;宋建平;唐天同2.太赫兹散射式扫描近场光学显微镜中探针与样品互作用及其影响探究 [J], 张倬铖;王月莹;张晓秋艳;张天宇;许星星;赵陶;宫玉彬;魏彦玉;胡旻3.扫描近场光学显微镜中探针样品间距控制方法 [J], 王昭;吴世法4.制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方法 [J], 杨永斌;徐文东;罗继全5.采用DDS的近场扫描光学显微镜探针-样品的纳米距离检测 [J], 冯晓强;贺锋涛;张东玲;白永林;侯洵因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
扫描近场光学显微镜
不同的SNOM模式
第一类为孔径型扫描近场光学显微镜 (Apeture SNOM)，采用亚波长的小孔（或针尖） 作微光源或微探测器，而且激发光与被探测的 信号光的方向是平行的。
第二类是光子扫描隧道显微镜（PSTOM又 称STOM）,激发光斜射入样品，通过全内反射 在样品表面形成消逝场，置于消逝场的光探针 实际是一个散射中心，它将非辐射场通过转换 成传输波而被探测。
SNOM系统总体结构
光学探针 A 样品台 B 探针扫描控制 C （包括T－S间距控制） 光输入系统 D 信号采集处理系统 E
光学探针
光学探针是SNOM中的一个关键元件，它 的质量决定了SNOM系统图象的分辨率和信噪 比（这里所谓的“探针”指具有亚波长尺度的 微小光源或信号接收器）。一般讲，用于 SNOM中的探针要求“小而亮”。探针尖端孔 径越小，SNOM的分辨率越高；但另一方面， 信号光又必须足够强，才能有足够的信噪比。
• 顾书龙，扫描近场光学显微镜的技术与应用， 阜阳师范学院学报，2003年3月，第20卷第1期
SNOM的发展历史 及国内外的研究现状
• 1928年，E.H.Synge 提出“近场探测原理” • 1972年，E.A.Ash 等人在微波波段(λ= 3 cm)
实现了λ/60(0.5mm)的分辨率 • 1981年，IBM的G.Binnig发明了STM • 1982年，D.W.Plhl实现了SNOM分辨率为25nm • 90年代后，Bell实验室的E.Betzig解决学显微镜原理及其应用， 激光与电子学进展，1997年第2期
• 朱星，近场光学显微镜，现代科学仪器，1998 年，第一卷第2期
• 葛华勇，近场光学显微镜及其应用，激光与电 子学进展，2002年6月，第39卷第6期
近场光学显微镜的工作原理
近场光学显微镜的工作原理商业计划书一、概述近场光学显微镜（Near-field Optical Microscope，简称NSOM）是一种重要的纳米尺度显微技术，其工作原理基于近场光学效应。
本商业计划书旨在介绍NSOM的工作原理，以及通过开展相关业务来推动该技术的商业化应用。
二、技术背景近场光学显微镜是一种基于光学原理的显微镜，可以实现纳米尺度的高分辨率成像。
与传统光学显微镜不同，NSOM利用近场光学效应，即光场与样品的极近距离相互作用，从而突破了传统显微镜的分辨率限制。
三、工作原理NSOM的工作原理可以分为两种方式：透射式和反射式。
1. 透射式NSOM透射式NSOM将样品放置在一个透明的探测器尖端下方，通过控制探测器与样品之间的距离，使其处于近场光学作用范围内。
然后，通过探测器尖端的极小孔径，只有几十纳米大小，将光束聚焦到样品表面，使得光场与样品的极近距离相互作用。
最后，通过检测光场的变化，可以获得样品表面的高分辨率图像。
2. 反射式NSOM反射式NSOM则是将样品放置在一个金属薄膜下方，通过探测器尖端的极小孔径，将光束聚焦在样品表面上。
与透射式NSOM不同的是，反射式NSOM通过探测器尖端侧面的金属反射，将样品表面的光场信息传递到探测器上。
通过探测器的移动和扫描，可以获得样品表面的高分辨率图像。
四、商业化应用NSOM作为一种高分辨率成像技术，具有广泛的商业化应用前景。
1. 纳米材料研究NSOM可以用于纳米材料的表征和分析，例如纳米颗粒、纳米线等。
通过NSOM的高分辨率成像，可以观察到纳米材料的形貌、尺寸和表面结构，为纳米材料研究提供重要的实验手段。
2. 生物医学研究NSOM在生物医学领域的应用也具有巨大潜力。
通过NSOM的高分辨率成像，可以观察到生物样品的细胞结构、蛋白质分布等细节信息，为生物医学研究提供宝贵的数据支持。
3. 纳米器件制造NSOM还可以应用于纳米器件的制造过程中。
通过NSOM的高分辨率成像和控制能力，可以实现对纳米器件的精确加工和调控，为纳米器件制造提供重要的工艺技术。
近场光学显微镜的实验研究
近场光学显微镜的实验研究光学显微镜是科学研究和生物医学领域中不可或缺的工具。
然而，传统的光学显微镜在分辨率和灵敏度方面受到限制。
近场光学显微镜的发展为我们提供了一种突破这些限制的新方法。
本文将介绍近场光学显微镜的实验研究。
近场光学显微镜（Near-field Optical Microscopy，简称NSOM）是一种基于近场效应的显微技术。
与传统的显微镜不同，NSOM可以实现超高空间分辨率和高度灵敏的光学测量。
它利用扫描探针的近场光学作用和信号的相互作用来实现对样品表面的成像。
在NSOM的实验研究中，一个关键的组成部分是探针。
探针是一个光学纤维头，其末端处可形成一个非常小的光学探测器。
这个小探测器可以通过其尖端的纳米尺度孔隙来探测样品表面的电场分布。
探针通过扫描样品表面来获取一系列信号，然后通过信号处理技术将这些信号转化为图像。
NSOM的优势之一是其超高的空间分辨率。
由于近场光学的特性，NSOM可以实现几十纳米乃至亚纳米级别的分辨率。
这对于研究微观结构、纳米颗粒和分子间相互作用等领域具有重要意义。
例如，NSOM可以用于研究纳米材料的特性和表面形貌，帮助科学家深入了解其结构和性质。
除了高的空间分辨率，NSOM还能提供高度灵敏的光学测量。
传统的光学显微镜通常只能感测到样品表面的强度信息，而无法获得具体的光学响应。
然而，NSOM通过探针的纳米尺度孔隙实现了局域电场信号的探测。
这种能力使得NSOM可以研究材料的光学性质、光学共振和局域电荷转移等现象。
NSOM的应用领域广泛。
在纳米科学领域，NSOM被用于研究纳米材料的光学特性、纳米线和纳米颗粒的电荷传输等问题。
在生物医学领域，NSOM可以帮助科学家探索细胞结构、物质转运和生物分子的相互作用等生命过程。
此外，NSOM 还可以应用于光刻和纳米加工等领域，为纳米器件的制备提供技术支持。
总结起来，近场光学显微镜的实验研究为我们提供了一种突破传统光学显微镜限制的方法。
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近場光學的發展
所以如何製作更好的近場光學探針，來提 高解析度以及有效地控制近場光學探針的 高度，以避免微細玻璃探針與樣品的受損 是當時努力的目標。
原理與架構
工作模式
探針與量測物之表面必需具有一小於10nm的距離， 而後再進行掃描的量測，因此如何有效且快速的 控制探針的高度則是很重要的環節在許多文獻中 可知，SNOM的量測方式常見的方式，有下列幾種：
近場光學的發展
一九七二年亞許（E.A. Ash）與尼可斯（G. Nichols）才以波長是三公分的微波，證實 的確可在近場範圍中達到 1/60 波長的空 間解析度。
近場光學的發展
一九八二年到一九八八年之間，費雪 （Fisher）等人在德國哥廷根的馬克士普 郎克研究中心、普爾等人在瑞士 IBM 研究 中心以及路易斯（Lewis）等人在美國康乃 爾大學，分別以 STM 的探針控制技術進行 近場光學顯微儀的製作。
近場光學顯微鏡(SNOM)
組員:何采宇 M9710213 周鈺翔 M9710251 蔡智凱 M9710214 陳利鴻 M9610235
目錄
發展 原理與架構 工作模式 應用與未來發展
近場光學的發展
英國的辛格（Edward Hutchinson Synge） 及美國的歐基夫（John Aloysius O‘Keefe, 1916-2000）分別在一九二八年及一九五六 年提出在近場光學中（即遠小於一個量測 波長的距離）進行光學量測，可避免因大 於一個波長的距離之後，光波動性質的呈 現與干擾，便可獲得超越繞射極限的空間 解析度。
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極微小的電子元件
未來發展
近場光學顯微術的發展，得到了許多前所未能測 得的光學訊號及應用物理上的新發展，如單一染 料分子的螢光近場顯微光學影像，單一分子及單 一蛋白質的近場光化學及其超快光學動態量測， 近場區域性（100 奈米）拉曼光譜在鑽石表面上 的量測，以及近場超解析結構對超高密度儲存記 錄的發展等等。預期此一新技術會被大量且迅速 地應用在生物、醫學、半導體及高分子材料等的 研究上。
1.穿透式
2.反射式
3.剪應力
穿透式：
反射式：
剪應力：
石英音叉夾持探 針實體圖
利用壓電使石英音 叉產生振幅
振幅與探針位置圖
近場光學的應用
近場光學顯微術（near-field scanning optical microscopy, NSOM）的光學空間解析度， 主要取決於光纖探針末端光學孔穴的大小，因而 只要控制好探針上光學孔穴的大小，就可以獲得 解析度是奈米級的三維空間影像，很接近電子顯 微鏡的解析度。 DVD 光碟機的設備
近場光學的發展
其中較佳的結果是以微細玻璃管做成的探 針，外鍍一層鋁膜以形成奈米尺度的光孔 穴，再在樣品表面上約數個奈米的固定高 度以壓電陶瓷來精確控制及掃動這近場光 學探針，可說是近場光學顯微儀的初步雛 形。在這期間，空間解析度由 100 奈米到 20 奈米的結果都有，但在穩定性及重覆性 上都不佳。