[发明专利]近场显微系统及其搭建方法

说明书

本发明提供一种近场显微系统及其搭建方法，包括红外/太赫兹激光器、光路耦合模块、原子力显微镜，可以对样品在亚波长尺度下进行形貌、理化和分子特征做精确的成像和成谱；红外/太赫兹双频段可调辐射的“光诱导热膨胀效应”，将材料热膨胀形变与红外/太赫兹特征吸收相关联，通过原子力探针直接提取材料结构性质信息。本发明无需在远端设置红外/太赫兹光学探测器，避免了由于长距离传输造成的信号剧烈衰减；无需设置参比光路，将显著增强材料亚波长结构信息探测的可重复性和可靠性；同时，本发明具有成像速度快，对生物体完全无害，分辨率高，能实现多模态同步输出等优点，与现有的主流医学成像手段形成了良好的互补。

技术领域

本发明设计生物医学检测技术领域，特别是设计一种近场显微系统及其搭建方法。

背景技术

随着THz-TDS(太赫兹时域光谱)的发明和近年来的推广普及，电磁波在太赫兹频段的众多独特性质得以逐渐发现，众多生物和化学大分子的振动和转动频率均位于THz波段，从而掀起了基于THz-TDS成谱成像技术的研究热潮。THz-TDS采集物质在THz频段的频谱特性，使我们对物质在太赫兹频段的电磁响应有了一个清晰地认知，这也是进一步开展太赫兹工作的基础。

上述两种主流的用于物性或结构表征的太赫兹技术手段，发展至今日，均开始停滞不前。纠其原因，主要是因为当前广泛使用的这些太赫兹时域光谱系统由于其辐射源的原因，普遍存在信噪比低、动态范围窄、光路复杂等缺点，为克服这些不足就急需开发宽谱激射的窄带增益THz QCL(太赫兹量子级联激光器)。

而随后发展起来的可以弥补THz TDS只能基于远场太赫兹信号进行成谱成像而无法用于亚波长精细结构表征的近场太赫兹成像技术，则存在一个致命的缺陷，那就是它需要用到太赫兹探测器。虽然太赫兹技术从被发掘到迅猛发展已经经历了较长一段时间，但是高速太赫兹探测器仍然鲜有突破，这就使得现有的近场太赫兹成像技术难以对待测对象一些快速的瞬态行为进行表征。

因此，如何设计一种能应用于近场太赫兹成像技术，且无需太赫兹探测器的近场成像系统已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种近场显微系统及其搭建方法，用于解决现有技术中无法用于近场太赫兹成像技术、难以对待测对象快速瞬态行为进行表征等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种近场显微系统，所述近场显微系统至少包括：

太赫兹量子级联激光器，用于提供宽频谱的太赫兹激光；

光路耦合模块，接收激光并将激光聚焦到样品上；

原子力显微镜，用于加载所述样品，并基于光诱导热膨胀效应将所述样品的热膨胀形变与激光特征吸收相关联，以提取所述样品的结构性质信息。

可选地，所述太赫兹量子级联激光器包括：

共振腔及设置于所述共振腔内的太赫兹量子级联激光器件；

所述太赫兹量子级联激光器件包括衬底，设置于所述衬底上的下接触层，分别设置于所述下接触层上的波导及下电极，以及设置于所述波导上的上电极；所述波导包括有源区及位于所述有源区上的上接触层，其中，所述有源区包括交替叠置的至少一层GaAs层及至少一层AlGaAs层。

更可选地，所述衬底的材质包括GaAs，所述下接触层的材质包括n型GaAs，所述上接触层的材质包括n型GaAs。

更可选地，所述太赫兹量子级联激光器件与所述共振腔的腔面之间设置有单层或多层石墨烯。

可选地，所述太赫兹量子级联激光器出射的太赫兹激光的频谱范围为2～5THz，谱宽为900GHz以上。

可选地，所述太赫兹量子级联激光器出射的太赫兹激光的脉冲输出功率不低于1W。