[发明专利]有自定位的光纤共焦扫描显微镜

说明书

本发明是一种有自定位的光纤共焦扫描显微镜，适用于纳米深度，亚微米宽度的三维结构检测。

已有技术：

在90年代出现了利用单模光纤代替针孔的技术，从此利用光纤器件的共焦扫描显微技术发展很快，原因有二。其一把激光直接输入至光纤中可以避免激光制冷系统产生的振动；其二是为了简化结构，使扫描共焦系统更紧凑。但在性能上并没有大的改进。在1996年本发明专利申请人也提供了一种由单模光纤耦合器为基础元件的光纤共焦扫描显微镜，发表在《中国激光》杂志英文版上：FiberOptical Confocal Scanning Microscope Using Single mode Fiber Coupler，ChineseJournal of Laser，1996，B5(1)：81。该仪器无论在结构上还是在性能上都很有代表性。澳大利亚Victoria大学，Min.G教授等人撰写一本题为“Principles of ThreeDimensional Microscopes”的书，由World Scientific Publishing Co Pte Ltd.，1996年出版。该书内全面的论述了共焦显微镜的原理，技术现状以及发展趋向，是一本最新最全面的参考书。

上述已有技术中的光纤共焦扫描显微镜存在下述问题(1)检测目标定位问题。由于光纤扫描显微镜是点成像的，经过扫描采样，由计算机拓扑成像。这种结构自身无法对大范围内的小目标定位。解决该问题的方案，一般是借助于普通光学显微镜完成定位。这样就需要利用光纤器件加普通光学显微镜组合起来实现定位观测。因此它并没有脱离普通显微镜的模式，仪器体积庞大，且分辨率不能进一步提高。在这种仪器中无非利用光纤代替原有小孔，从整体结构上没有更多新意。(2)在探测端，利用光纤作为滤波小孔，直接把光纤耦合器射出的光束输入探测器，其灰度细度的探测分辨率受探测器的分辨率制约。(3)在数据采集上，直接利用三维扫描采样，进行三维图像拓扑，采样所用时间长，带来的误差大。其空间分辨率受采样步长的限制。

本发明的目的是：

第一、保持光纤器件轻巧和稳定之特点，既解决上述已有技术中点扫描显微镜的自身检测范围定位问题，而又不失原来仪器紧凑、轻巧和稳定的优点，达到多功能的实用目的。

第二、进一步提高光纤共焦扫描显微镜的分辨率，尤其是纵向分辨率，使该类仪器能达到纳米分辨率，实现真正的超分辨。能够在分子生物学、光存储器件，以及超大规模集成电路检测中得到广泛的使用。

本发明的显微镜，其光路如图1所示。它包括照明光束输入部分A，光纤扫描部分B，测量定位部分C，探测采样部分D以及控制数据采集处理部分E。其中照明光束输入部分A包括沿着作为光源的激光器1出射光束前进的方向上，依次置有耦合物镜2，光纤耦合器4，光纤耦合器4的输出端O₁上有盛放折射率匹配液的容器3。光纤扫描部分B包括沿光纤耦合器4输出端O₂输出光束前进方向上，依次置有光束准直镜5，采样物镜6和置于焦面f上的被测样品7；与光纤扫描部分B交错置放的有测量定位部分C。测量定位部分C包括沿着置于样品调节架17上，在离焦面P上的被测样品7反射回来的光束前进方向上依次有采样物镜6，分光板9，在分光板9反射光束的前进方向上，依次有放大目镜10和观察屏11；探测采样部分D包括沿着光纤耦合器4输出端O₃出射光束的前进方向上，依次置有放大目镜16和带探测器电源14的探测器15；控制数据采集处理部分E包括置放被测样品7的带压电陶瓷驱动器(PZT)8的由压电陶瓷构成的样品调节架17，压电陶瓷驱动器8通过带平衡器的电源13与计算机12相联。计算机同时还与探测采样部分D中的探测器15相联。