[发明专利]对置于近场中的物质所吸收或衍射的光进行精密光谱分析的方法

说明书

本发明涉及对置于近场中的物质所吸收或衍射的光进行精密光谱分析的方法以及利用这种方法的扫描光学显微镜。

对辐射到要研究的物质上的电磁波进行光谱分析的技术在很大程度上取决于电磁波的波长，同时，也随着要研究物质的性质，即有机物还是无机物而改变，而且对分析结果的解释也不同。尽管如此，在本专利申请的申请人至今为止所了解的所有光谱技术中，还没有一种技术使同一目标的显微技术和光谱技术同时达到10毫微米的分辨率。甚至很难找出几种对传统光学和电子显微镜的改进使之能在被研究的物质中或其表面测定特殊结构，从而利用例如物质对辐射在其上的电磁辐射的微分吸收特性测定特殊结构（用偏振光显微镜，在紫外荧光区观察，选择观察有标记的晶粒……）。

在电子显微技术领域，我们还可提到电子探针显微分析方法（主要是Castaing显微探针）。然而，这种方法主要用于导电物质的研究，或者是能够金属化并置于高度真空中的物质的研究（金相学研究或探测非放射性晶粒中的矿物凝石作用）。

如果某种物质不能被金属化或者需要进行“自然条件下的实验”研究，则无论是电子显微技术、光学显微技术或是任何光谱技术都不能取得精密结果，即高精度地同时获得该物质的形貌，光学特性（对生物或薄样品）以及光谱学特性。

本发明的目的是找出一种改正上述种种蔽端办法，它提出一种对透明或反射物质进行光谱分析的方法，这种方法能高效率地同时进行这些物质的光学显微分析和光谱方法，而显微分析和光谱分析的分辨率可达10毫微米。

所谓“透明物质”是指在所考虑的光谱由是透明的，而“反射物质”是指在所考虑的光谱内，其表面是有反射性的。

因而，本发明涉及一种对置于近场中的透明和/或反射物质所吸收或衍射的由第一电磁辐射传输或反射所产生的光进行精密光谱分析的方法，该方法的特征在于：在所述近场上和/或与第一电磁辐射同时射向所述物质的第二电磁辐射上进行精密光谱分析，所述分析涉及到所述近场的成分或与所述物质相互作用的所述第二电磁辐射的成分。

此外，利用近场扫描显微镜，可将近场用于建立所述物质的几何和/或光学轮廓。

因此，本发明的主要目的是实现一种对物质进行精密分析并能同时由反射给出该物质的几何轮廓和/或传输出光学轮廓（即确定等于厚度与光折射率之积的精密的光程）的方法。

应当注“近场”的特点是电磁场在其通路上要发现的障碍物附近的效应，即在小于其波长10倍的距上的所述效应。所述的障碍物可以是电磁场源，一个开孔，一个表面等，因而在透射和反射中都可观察该近场效应。

根据该方法的第一实施方案（本发明的目的），光谱分析涉及到第一电磁辐射通过反射或透射产生一个近场，该近场也用于实行所要研究物质的近场光学扫描显微技术。

根据该方法的实施方案的第一变形，近场是在一短暂场中由在光纤型端部的透明光学探针局部产生的受抑短暂场，所述消失场是第一电磁辐射在一透明物体如棱镜的一个表面上的全内反射产生的。

根据所述方法的实施方案的第二变形，所述近场是在反射中引导的，该反射由来自一光纤波导端部的第一电磁辐射在一反射面上的反射而产生的，该反射的辐射又被所述端部捕获并在所述波导中传播。

当然，这两种变形是互不相容的，第一种变形涉及一受抑短暂场的透射显微技术，而第二种变形涉及引导的近场反射显微技术。在下文中，将会提到这两种扫描光学显微技术的原理，这样将易于理解这些显微镜所利用的电磁辐射的同步光谱分析法。

根据该方法的第二实施方案（本发明的目的），光谱分析是关于在第一电磁辐射通过透射或反射产生一近场的同时辐射到一要分析的透明和/或反射物质的复合电磁辐射的分析。该近场也用于在所述物质的透射或反射中进行扫描光学显微研究。

根据第二实施方案的第一变形，复合电磁辐射被射向要分析的透明和/或反射物质上，以使所述复合辐射不存在于近场结构中。

就此，根据要研究物质是透明还是反射或同时具有这两种特性，可以考虑第一种变形的几种情况;一方面可以在透射或反射中进行光谱分析，另一方面可通过透射或反射进行其近场光学显微分析。

根据第二实施方案的第二种变形，将复合辐射射向要分析的透明和/或反射物质，以使复合辐射存在于近场结构中。

此外，第二种变形还有两种次变形;

近场是在透过一种至少透明的物质的产生的受抑短暂场，因此在透射中进行精密光谱分析。

近场是在一至少是反射的物质上的反射中产生的引导近场，因此在反射中进行精密光谱分析。