[发明专利]一种用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针及其工作方法

说明书

本发明公开了一种用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针及其工作方法，该探针包括光纤和锥体，所述锥体设置于光纤纤芯的端面，所述锥体表面覆盖有金属膜，所述锥体底面的直径小于光纤纤芯端面的直径，所述锥体的底面边缘与光纤纤芯端面的边缘之间的区域为透光区域。本发明中锥体的底面边缘与光纤纤芯端面的边缘之间存在透光区域，因此，用该透光区域能够在样品表面近场直接收集针尖散射信号，提升了信号强度，减少了大量的远场背景噪声，进而提高了信噪比。本发明探针兼具原子力显微探针功能，可实现样品表面形貌和光学图像纳米级超高分辨率的测量，突破了光学衍射极限，可直接用于商用的近场光学显微镜测试当中。

技术领域

本发明属于微纳米结构表面近场光学成像、形貌测量和光纤波导领域，涉及一种用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针及其工作方法。

背景技术

显微镜的发明为我们打开了微观世界的大门，而随着科学的发展，我们认识到光学衍射极限会限制光学显微镜的最高分辨率。因此，突破光学衍射极限成为了新一代显微镜发展的主要方向。在接下来的一百年里，扫描探针显微镜、扫面电子显微镜等一系列纳米级高分辨率的测量设备的陆续发明，让我们终于进入了纳米领域。而这些非光学测量方法都存在损伤样品的缺点，当然也无法获得光学超分辨图像，所以近场光学显微镜应运而生。

近场光学显微镜可在样品光学近场进行探测，不受光学衍射极限的限制，因此实现了纳米级的测量分辨率。常用的近场光学探针主要分为有孔探针和无孔探针。对于有孔探针而言，当开孔过小时，小孔的通光量过低，有效信息不足；而当开孔过大时，测量分辨率便会降低，因此有孔探针目前的分辨率为几十纳米，需要设计出有效解决上述问题的新型探针来提高测量分辨率。对于无孔探针而言，探针尖端的大小决定了测量的最高分辨率，所以目前无孔探针能实现十纳米的高分辨测量，但这种方法会有很大的背景噪声，因此需要结合复杂的降噪方法来达到更好的测量效果，使得测量过程烦琐。关于近场光学显微镜的上述问题也是近几十年该领域的主要难题，无论哪个问题的解决都会带来很大的科学发展。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针及其工作方法，本发明即能激发近场光信号又可以实现收集，大大提高了信噪比。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针，包括光纤和锥体，所述锥体设置于光纤纤芯的端面，所述锥体表面覆盖有金属膜，所述锥体底面的直径小于光纤纤芯端面的直径，所述锥体的底面边缘与光纤纤芯端面的边缘之间的区域为透光区域。

优选的，透光区域的宽度不小于入射到锥体上的光波波长的一半、不大于入射到锥体上的光波波长的两倍。

优选的，所述锥体的锥体角为20°～50°，锥体针尖直径为1-100nm。

优选的，所述锥体包括光纤部，所述光纤部为圆锥状或圆台状的光纤，当所述光纤部为圆台状的光纤时，光纤部的顶端还设有圆锥状的金属部，圆台状的光纤和圆锥状的金属部共同构成所述锥体；所述锥体表面覆盖的金属膜为透光金属膜。

优选的，所述透光区域表面设有所述金属膜。

优选的，所述金属膜的厚度为10-200nm。

优选的，所述透光区域的形状为圆环形。

优选的，所述光纤上设置锥体的一端设为圆台形，光纤纤芯在该端裸露的表面包覆有防透光金属膜。

优选的，所述金属膜的材质为金、银、铝、铬或钛；所述防透光金属膜的材质为金、银、铝、铬或钛。

本发明如上所述用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针的工作方法，包括如下过程：

将所述用于激发和收集近场光信号的散射式锥形尖端光纤探针安装于近场光学显微镜；