虹吸动态化学腐蚀法制备近场光学显微镜光纤探针的研究

基于虹吸原理 ,设计了一种动态化学腐蚀法的简易装置 ,用于制备近场光学显微镜光纤探针。在一般化学腐蚀法的基础上 ,通过改变虹吸管中水的流向和流速来有效地控制探针锥角和锥长 ,制备出多种形貌的光纤探针。与传统的静态化学腐蚀法相比 ,该法具有重复性高、探针形貌可控、操作方便、实验费用低廉、制备的探针表面光滑等优点。利用该装置 ,成功地制备出针尖尺寸 5 0～ 30 0nm ,针尖锥角在 16°～ 6 5°之间可调的光纤探针。同时 ,选择适当的液位差 ,通过一步腐蚀法制备出针尖尺寸小于 5 0nm ,针尖锥角 12 5°的双锥角光纤探针。并对可能的腐蚀机理进行了探讨。     

制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方法

提出了一种制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方案.该方案利用静态腐蚀过程中光纤所形成的特殊结构,及动态腐蚀过程中光纤在氢氟酸中的移动所带来的新月形弯液面在光纤表面接触位置的变化,通过合理控制腐蚀时间来制备尖端锐利、大锥角或多锥体角等各种结构的探针.设计方案采用计算机控制整个装置实现了探针制备过程的自动化,保持了腐蚀光纤探针实验条件的一致性.实验结果表明,采用此方案可以制备出尖端孔径小于100 nm且锥体角高达70°的光纤探针,且重复性高.此外,该方案的装置结构简单,实现容易.     

静动结合的化学腐蚀法制备近场光学探针的理论分析

理论上分析了静动结合的化学腐蚀法制备探针的具体机理及过程。在静态腐蚀的过程中, 利用流体力学Young-Laplace方程的一级近似解获得了光纤插入到HF酸中形成的新月形高度。在动态腐蚀过程中, 详细分析了当静态腐蚀时间和动态腐蚀时间分别取不同值时, 光纤移动速度对光纤探针结构的影响。利用此法可制备出尖端锐利、大锥角或多锥体等各种结构的光纤探针。这为实验上制备出性能优良的探针, 为拓宽扫描近场光学显微镜的应用范围奠定基础。将上述理论分析的结果与本文实验中所得初步结果进行了比较, 所得结果一致。     

大锥角光纤探针的制备

用熔拉法、腐蚀法、管腐蚀法、熔拉-腐蚀法、激光消融法等制备了光纤探针,对其外形进行了分析比较.熔拉法制作的探针,锥形过渡区细长,并且获得的探针锥角不大(8°～35°).腐蚀法与管腐蚀法可以使探针的锥形过渡区短,损耗小,锥角大(15°～65°),但在制备更大的锥角光纤探针时,表面开始变得粗糙.拉伸-腐蚀的方法制作光纤探针存在一个变锥度区.激光消融腐蚀法容易获得大锥角的探针,并且表面光滑.     

扫描近场红外显微镜光纤探针的腐蚀制法

红外光探针是扫描近场红外显微镜(SNIM)中的关键部件,由于探针的种类和材料不同,制作的方法也不同.一般制作光纤探针有两种方法,即热拉伸法和化学腐蚀法.这里叙述了一种化学腐蚀方法,介绍了怎么去除砷硒碲中红外光纤的聚酰胺表层和硫化硒夹层,以及芯层腐蚀成针尖状的具体方法和过程,并对短锥针探针制法进行了探索.最后用此探针在近场范围内探测了氮化镓样品的自由电子激光(FEL)反射谱. 关键词： 扫描探针显微镜(SPM) 近场红外扫描显微镜(SNIM) 光纤探针     

热拉伸和化学腐蚀相结合制备弯曲光纤探针

提出了原子力/光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)系统的关键部分——双功能弯曲光纤探针的制作方法.采用热拉伸与动态、静态两步化学腐蚀相结合的方法制作出AF/PSTM弯曲光纤探针，弯曲角度约为150°，尖端曲率半径优于100nm，锥角范围为60°—90°.将这种双功能弯曲光纤探针应用在新研制的AF/PSTM系统上，同时获得了样品的光学与形貌图像，实现了图像分解. 关键词： 原子力/光子扫描隧道显微镜 光纤探针 热拉伸 化学腐蚀     

一种高透过率光纤探针的制作

本文介绍了一种用于近场扫描光学显微镜(NSOM)中的高透过率光纤探针的制作方法。采用缓冲氢氟酸腐蚀低掺杂的普通单模石英光纤,选取适当比例的腐蚀液,可以得到直径、圆锥角均十分理想的针尖。这种方法不需要高掺杂的特殊光纤或是采用先熔拉后腐蚀的复合工艺。针尖经过镀膜后经测量为针尖直径100nm、透过率5.5×10^-4.     

影响近场光纤探针传输效率的若干因素

近场光学技术在高分辨率成像、光谱探测和纳米加工等领域有广泛应用,而光纤探针是其中一个关键部件.如何提高光纤探针的传输效率是近场光学技术应用中的一个重要问题.本文采用三维时域有限差分方法,计算了锥形有孔探针的传输效率,分析了锥角、针尖孔径、波长和金属层厚度等因素对光纤探针传输效率的影响,并比较了裸光纤探针和有金属涂层的光...     

扫描近场光学显微镜中两类光纤探针传输特性的研究

采用局域模式耦合理论，对扫描近场光学显微镜中的两类光纤探针－腐蚀锥和熔拉锥的传输特性进行了比较和分析。给出了光在探针锥中传输时耦合效率的分布情况，以及传输效率随锥长，针尖直径和光波长变化的特性。     

用时阈有限差分方法研究光纤微探针近场分布特性

采用三维时间域有限差分（FDTD）方法研究了扫描近场光学显微镜中光纤微探针的近场分布特性,研究结果表明,锥形裸光纤探针的近场光中,以从探针锥变区侧面泄露的光即传播场为主,当在探针的侧面镀上一层金属膜对于从侧面泄露的光具有较好屏蔽效果,因而比裸光纤探针具有更好的空间束缚能力,无论是裸光纤探针还是金属膜探针,入射偏振光从针尖出射手发生了退极化现象,近场分布中产生与入射光偏振方向垂直的其它两个电场分量,而且金属膜探针的退极化分量对近场分布的影响比裸探针显著得多,如果在近场成像中接收退极化分量而不是总场则可以提高近场成像的对比度,还详细地分析了微探针的近场分布特征与退极化之间的关系。     

FABRICATION AND APPLICATION OF NEAR-FIELD OPTICAL FIBRE PROBE

In this paper, the fabrication of a large cone angle near-field optical fibre probe, using the two-step chemical etching method and bent probe, is introduced, and the controlling parameters of the coated Cr－Al film at the probe tip are presented. The scanning electron microscopy images display that the tip diameter of the uncoated large cone angle fibre probe obtained is less than 50nm, the cone angle over 90°, and the diameter of light aperture at the coated probe tip is less than 100nm. The measured results of the optical transmission efficiency for various probe tips show that the uncoated straight optical fibre probe, film-coated straight probe and film-coated bent probe are 3×10^-1, 2×10^-3, and 1×10^-4 times that of the flat fibre probe, respectively. In addition, the force images and near-field optical images of a standard sample are acquired using a large cone angle and film-coated bent probe.     

Fabrication and Evaluation of Silica-based Optical Fiber Probes by Chemical Etching Method

A sensor probe with a microstructure, which is used for near-field scanning optical microscopes, plays an important role in the resolution and detection sensitivity of the microscope system. In this study, we devised a system for sharpening optical fibers, by which we could fabricate tapered tips of silica-based optical fibers reproducibly in a desired shape by controlling the solution temperature, etching time, and etching depth when applying chemical etching techniques using hydrofluoric acid. Furthermore, we evaluated the diameter of the core tip of an optical fiber by measuring the near-field pattern and comparing it with the Gaussian beam pattern of a non-edge-etched optical fiber. A strong correlation between the ratio of the 1/e²-value width of the beam profile of the near-field pattern to that of the Gaussian beam and the diameter of the extreme tip of the core became apparent. © 2005 The Optical Society of Japan     

高效、高分辨光纤微探针的制备及检验

提出两种同时满足高分辨、高传光效率的探针模型以及制备方法 :先用自制热拉装置将光纤拉制成过渡区为双曲线或抛物线形的探针 ,然后用 4 0 %氢氟酸进行快速腐蚀 ,使探针孔径变小而保持过渡区域形状和锥度基本不变。所获探针孔径变化范围为 2 0～ 2 0 0 nm,锥度 2 0°～ 6 0°。为检验探针性能 ,将两种探针的出射光分布与用传统热拉法所得到探针进行对比 ;探测了光子扫描隧道显微镜状态下的倏逝波衰减曲线 ;给出了用集光式扫描近场光学显微镜得到的近场光学图像 ;同时 ,验证了探针对剪切力控制的适用性。     

Focusing characteristics of optical fiber axicon microlens for near-field spectroscopy: Dependence of tip apex angle

We fabricated axicon microlenses on a single-mode bare optical fiber by using selective chemical etching technique. By varying the concentration and mixture ratios of etching solutions, we could make axicon microlenses with different apex angles (118°, 107° and 90°). We measured the illumination and collection efficiency of these microlenses by both objective-lens imaging and near-field photoluminescence (PL) spectroscopy of semiconductor quantum dots with respect to the distance between the sample and the axicon lens probe. We found that axicons with 118° and 107° [90°] apex angle tend to exhibit the laser focusing spot sizes of about 406 and 478 nm [382 nm] and maintain the high [slightly low] collection PL intensity with the distance between the sample and the axicon probe.