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扫描近场显微术 (SNOM)

相关产品: MFLI, UHFLI, UHF-MF, UHF-MOD, HF2LI, HF2LI-MF, HF2LI-MOD

应用描述

扫描近场显微术 (SNOM) 是一类对纳米尺度下光与物质的相互作用进行测量的扫描探针显微镜技术,可用于研究样品的局域光学特性。通过运用光学近场效应,它的分辨率突破了传统远场测量中的衍射极限。最初的 SNOM 技术利用锥形光纤来形成光阑,但近年来出现了所谓的无孔 SNOM 或散射型 SNOM,即通过带有金属涂层的 AFM 探针散射入射光。

如此便可形成纳米光学腔,我们可以通过改变针尖下的局域电磁环境来增强和控制局域光场。因此,SNOM 适用于针尖增强拉曼光谱 (TERS) 和太赫兹光谱,用于研究等离激元器件还可以广泛应用于纳米光学实验。

测量策略

在悬臂机械振动的作用下,入射光按调制频率被金属 AFM 针尖散射。在 AFM 针尖和样品表面形成的纳米腔中发生非线性光学过程,于是反射光便会将有关样品光学性质的信息送至光学探测器。通过采用多频锁相放大器(例如 Zurich Instruments 的 HF2LI 或 UHFLI,具体取决于实验在光学调制方案和解调带宽方面的要求),我们便可以实现对所有谐波和边带信号的探测。SNOM 有多种不同的配置,插图很有代表性,展示了针尖下的光学和机械混合作用是如何通过多个输入和解调器被 HF2LI 锁相放大器所探测的。

图中插入的频谱对应的是针对调制源产生的频率分量所探测到的频率响应,通常来自于载波或悬臂频率 fc 和调制频率 fm。光学探测器得到的信号通过锁相输入采集,并通过 2 个阶段进行解调(又称为串联解调):首先用一个宽频带解调器在载波的谐波周围测量频率分量,然后再将其输出引至第二个锁相输入,用窄频带解调器来单独对各边带进行解调。这样我们就可以在用针尖扫描表面时,通过散射光获取各边带中的光学相位和幅度并形成图像。为了利用机械传感器共振频率处的最佳信号增强,可以在机械过程中加入锁相环 (PLL) 及自动增益控制器,进行共振频率跟踪。

Scanning near-field microscopy (SNOM) setup featuring the HF2LI Lock-in Amplifier

选择 Zurich Instruments 的优势

  • 简化设置:光学与机械信号的发生和探测都由同一台仪器来控制,因此可以确保两种信号的调制完全同步。
  • 支持 600 MHz 的输入带宽,最高 5 MHz 的带宽,多解调器方案,因此可以一次执行多个高次谐波发生与测量,增加所获得的信息量。
  • 不会因错失边带而导致无法完整了解样品的所有非线性光学响应。可以通过 多设备同步 (MDS), 功能来使用更多的解调器 (> 8),让您可以随着需求的增长升级自己的设置方案。
  • LabOne® 用户界面提供的时域和频域分析工具集可以让您更好地了解由针尖处的光电相互作用产生的丰富而复杂的频率混合,并进行相应的优化。

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