[发明专利]一种基于等离聚焦的近场扫描探针

说明书

本发明公开了一种基于等离聚焦的近场扫描探针，包括光纤和波导结构，所述的光纤中央设有贯穿其长度方向的通光孔，光纤端面设有波导结构，所述的波导结构包括支架和聚焦结构，所述的支架位于光纤和聚焦结构之间，所述的聚焦结构采用锥体结构，并覆盖光纤端面的通光孔，聚焦结构由部分球体基座和锥体组成，球体基座的一端与光纤端面连接，另一端与锥体的侧面相切，锥体的另一侧面与光纤的端面倾斜连接，其尖端超出光纤的侧面。本发明采用光刻方式加工尖端聚焦结构，加工方式灵活，精度高，时长极短，成本低，方便大批量生产制备，可以通过调节加工过程中的光胶聚合的激光功率及扫描速率，控制尖端结构的弹性系数及模量，从而适用于多类型样本检测。

技术领域

本发明涉及一种扫描探针，尤其涉及一种基于等离聚焦的近场扫描探针。

背景技术

表面等离子体是当光入射到金属表面所激发的一种沿着金属表面传播的电子疏密波，其波长远小于可见光的波长，因此将传播的能量汇聚在超越衍射极限的纳米级尺度，因此通过研究表面等离子体波导，定向传播并聚焦能量，是物理光学的一个重要课题。表面等离子体聚焦的原理是基于金属表面自由电子对特定波段的光能的选择性吸收，因此具有特定的吸收-散射光谱，由于这种吸收对于外界环境极为敏感，所以相应的光谱分析可以实现针对外界环境的实时传感，被广泛应用于生物化学反应监测，食品检测，环境保护等诸多领域。而对于聚焦功能而言，由于能量被聚焦在小范围内，所以能够在聚焦点产生较高的电场密度，通过与脉冲激光结合，可以诱导材料的非线性特性，从而应用于非线性光学研究领域。

近场扫描技术则是力图将显微范围拓展至光波长约十分之一的近场纳米尺度，与传统以光信号为载体的光学显微术不同的是，近场扫描技术以实体探针为载体，能够以纳米级的尺度逼真地还原样品信息。此外，利用探针作为激发源去刺激样品，则可以进一步获取待测样品的物理化学参数。涉及的领域包括表面形貌的原子力扫描，近场光学的探测，针尖增强的拉曼技术。以针尖增强拉曼技术为例，它是对样品表面与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到样品的分子振动与转动方面的信息，能够非常便捷地用于材料成分分析。

目前采用的近场扫描技术采用的探针是以拉锥型的光纤或者尖端镶嵌微球的形式作为载体，制备方式受传统加工工艺的限制，因此在等离聚焦波导设计的优化上没有长足的进步，结构的固定导致探针的模量或者弹性系数固化，无法适应多种材质探测的需求。同样的，由于加工工艺的制约，其整体结构并不能达到比较好的聚焦效果，使得探针的聚焦增强能力受限。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于等离聚焦的近场扫描探针，提高了光能聚焦效率，增强针尖聚焦强度，解决了现有技术中探针能量聚焦能力不足，增强能力受限的问题。

技术方案：本发明包括光纤和波导结构，所述的光纤中央设有贯穿其长度方向的通光孔，光纤端面设有波导结构，所述的波导结构包括支架和聚焦结构，所述的支架位于光纤和聚焦结构之间，所述的聚焦结构采用锥体结构，并覆盖光纤端面的通光孔。

所述的聚焦结构由部分球体基座和锥体组成，所述球体基座的一端与光纤端面连接，另一端与锥体的侧面相切，锥体的另一侧面与光纤的端面倾斜连接，其尖端超出光纤的侧面。

所述的聚焦结构采用光刻方法制备，并采用光固化胶水固化于光纤端面。

所述的聚焦结构表面镀有金属层，以具有等离激元效应。

所述金属层的厚度为30nm～200nm。

所述聚焦结构的光能量导入方式包括光纤内部传导和外部照明。

所述的光纤采用单模或多模光纤。

所述光纤的外径为125μm～800μm。

所述光纤的端面作抛光处理。

所述的支架采用圆柱体结构，用以稳定整体结构。