近场光学显微镜 原理及应用

近场光学显微镜（英文名：SNOM）是根据非辐射场的探测与成像原理，能够突破普通光学显微镜所受到的衍射极限，采用亚波长尺度的探针在距离样品表面几个纳米的近场范围进行扫描成像的技术，在近场观测范围内，在样品上进行扫描而同时得到分辨率高于衍射极限的形貌像和光学像的显微镜。

近场光学显微镜适用于超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。

传统光学显微镜的分辨率受到光学衍射极限影响，分辨率不超过该波长尺度范围。与传统光学显微镜不同的是，近场光学显微镜利用亚波长尺度探针，可以得到更小分辨率。

近场光学显微镜原理：

使用由熔拉或腐蚀光纤波导所制成之探针，在外表镀上金属薄膜已形成末端具有15nm至100nm直径尺寸之光学孔径(optical aperture) 的近场光学探针，再以可作精密位移与扫描探测之压电陶瓷材料(piezo-electrcal ceramics) 配合原子力显微技术(atomic force microscopy, AFM) 所提供精确的高度回馈控制，将近场光学探针非常精确地(垂直与水平于样品表面的方向之空间解析度可分别达到约0.1nm 与1nm) 控制在被测样品表面上1nm 至100nm 的高度，进行三维空间可回馈控制的近场扫描(scanning)，而具有奈米光学孔径之光纤探针即可做接收或发射光学讯息之用，由此获得一真实空间之三维近场光学影像，因其与样品表面距离远小于一般光波波长，测得的信息皆属近场光学作用的信息，无平常常见的远场光学中绕射极限的光学解析度限制。

近场光学显微镜的应用：

近场光学显微镜突破传统光学绕射限制，可直接利用光来观察奈米材料，分析奈米元件显微结构及缺陷，近年来已应用在分析半导体雷射元件上。因其具有高解析度，可应用于高密度资料存取，目前已运用此一技术成功制作出超过100 GB 之超解析近场光碟片。此外还可应用于生物分子及蛋白质荧光光近场显微分析。

近场光学显微镜的原理与构造：

一般光学显微镜于远场观测时，因受到光波的绕射限制，其解析度仅有数百纳米左右。但若在近场观测时，可避免绕射及干涉的产生，能克服绕射限制，将解析度提升至数十纳米左右。

近场光学显微镜的结构中，以末端背有数十纳米口径的锥状光纤为探针。将探针和被测物的距离精准控制在近场观测范围内，利用可精密定位与扫描探测的压电陶瓷，并配合原子力显微镜所提供的高度回馈控制系统，进行三维空间近场扫描。再由光纤探针接收或发射光学讯号，以获得三维近场光学影像。