光子扫描隧道显微镜的光电成像系统研究

本文论述了光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）的显微成像机理、成像规律，针对具体的物理模型进行数值模拟计算，并得到了与实际探测相一致的场分布规律。采用自行研制的光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）的显微实验系统对多种样品进行了表面显微成像研究，获得了关于样品表面三维立体图像信息，通过多种图像处理手段对原始图像进行后期处理，得到了更具视觉效果、更为逼真的样品表面图像。     

采用光纤技术实现拉曼光谱和扫描隧道显微镜实时联用测试

设计并制作了与扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）探头和拉曼光谱仪相适配的光纤探测装置，该装置采用配有不很短焦距的自聚焦透镜以获得较大的相对孔径，并使用多束光纤以充分利用扫描隧道显微镜探针周围有限空间，提高了拉曼散射光的收集效率，获得具有较高信噪比的拉曼谱图，在该装置的基础上进一步建立拉曼－扫描隧道显微镜联用系统，初步实验表明该联用系统用于实时研究固／气和固／液界面体系是可行的，即利用扫描隧道显微镜可获得固体     

扫描隧道显微镜和原子力显微镜

 在微观领域对物质进行观察和研究中,人们发明了各种显微镜。但是光学显微镜由于受到光的波长的限制而无法达到很高的分辨率,Ｘ射线衍射技术则要求观察样品必须是晶体,透射电镜则需要对观察样品进行超薄切片。所有这些要求使人们的观察受到了限制,因此人们开始研制更加先进的显微镜。１９８２年宾尼格、罗雷尔及其同事们成功地研制出世界上第一台扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）,导致了显微领域中的一场革命,并在它的基础上研制出一系列的扫描探针显微镜,如原子力显微镜、磁力显微镜和激光力显微镜等。ＳＴＭ的出现使人类第一次可以实时地观测单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理性质和化学性质。     

扫描隧道显微镜

 １９８２年,Ｂｉｎｎｉｎｇ和Ｒｏｈｒｅｒ研制成世界上第一台扫描隧道显微镜ＳＴＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）,是目前唯一具有原子级分辨率的实空间成像技术,当这两位科学家用ＳＴＭ观察到高序石墨表面原子的图像时,人们对微观世界的认识一下子从幻想和抽象的分析飞跃到对原子的直接观察和操纵．ＳＴＭ和其它的传统显微镜相比,光学显微镜、扫描电子显微镜的分辨率不够,而高分辨的透射电子显微镜虽然能够达到较高的分辨率,可它的制样异常麻烦,破坏了样品,而且在测量过程中离不开真空环境．ＳＴＭ因其可直接观察物体表面原子结构而不会对样品表面造成任何损伤.     

光子扫描隧道显微镜的进展

介绍我国第一台光子扫描隧道显微镜的研制情况，论述图像分解光子扫描隧道显微镜的原理和光子扫描隧显微的光存储技术的初步设想。     

计算机控制的扫描隧道显微镜

本文介绍了我们研制的计算机控制的扫描隧道显微镜．该仪器由扫描隧道显微镜主体、电子控制机箱和计算机控制系统组成．文中着重介绍了仪器主体和电子反馈线路的设计思想及作为三维扫描控制器件的压电陶瓷管的使用方式，讨论了一些关键技术问题．     

光子扫描隧道显微镜

介绍光子扫描隧道显微镜的物理基础，成像原理和应用。     

扫描隧道显微术最新进展与原子搬迁

自从扫描隧道显微镜问世以来，已陆续发展了一系列新型扫描探针显微仪器，如原子力显微镜、磁力显微镜、摩擦力显微镜等等，这些显微仪器不仅能以极高分辨率研究样品表面的形貌和物理化学性质，而且最近几年还被成功地用于操纵单个的原子和分子，文章着重介绍了ＳＴＭ在这方面的进展情况。     

STM的同胞兄弟--原子力显微镜(AFM)

介绍了在扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）基础上发展起来的原子力显微镜（ＡＦＭ）的工作原理、关键部分、工作模式及其应用。     

扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜(Scanning tunneling microscopy,简称STM)是80年代初由IBM苏黎世实验室的Binnig、Rohrer、Gerber和Weibd发明的.这是一种近几年发展迅速的研究物质表面结构的新技术.1982年Binnig和Rohrer用他们研制的STM进行了第一次成功的实验,1983年又第一次用它看到了Si(7×7)重构表面的原子分     

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光于扫描隧遭显微镜（PSTM）的计冗历程,为解决第一代（单光束照明）光千扫捕隧逼显傲镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用“对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像（形貌与相位）和两幅光学图像（透过率和折射率）,有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。     

Two Beam Collection Mode Photon Scanning Tunneling Microscope

We studied the image deformation due to the surface inclination of objects in photon scanning tunneling microscopes (PSTM). A novel collection mode PSTM with two light sources is proposed to reduce the deformation and experimental results show that the PSTM system is effective.     

Review of near-field optical microscopy

This review has introduced a new near-field optical microscope (NOM)—atomic force microscope combined with photon scanning tunneling microscope (AF / PSTM). During scanning, AF/PSTM could get two optical images of refractive index image and transmissivity image, and two AFM images of topography image and phase image. A reflected near-field optical microscope (AF/RSNOM) has also been developed on AF/PSTM platform. The NOM has been reviewed in this paper and the comparison between AF/PSTM & RSNOM and the commercial A-SNOM & RNOM has also been discussed. The functions of AF/PSTM & RSNOM are much better than A-SNOM & RNOM.     

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     

Studies of imaging experiment for photon scanning tunneling microscopy

ＳｔｕｄｉｅｓｏｆｉｍａｇｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｐｈｏｔｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙＧＵＯＮｉｎｇ；ＷＵＳｈｉｆａ；ＸＩＡＤｅｋｕａｎ；ＣＨＵＳｈｉｃａｏ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇ...     

用于原子力与光子扫描隧道组合显微镜的浸油显微物镜

双功能原子力与光子扫描隧道显微镜（AF／PSTM）用π对称双光束照明方法来消除假象。为改进现有的AF／PSTM系统,提出新的照明系统方案,并设计了新方案中需要的高数值孔径的浸油显微物镜。根据具体的物镜系统参数要求,选择合适的初始结构,用ZEMAX光学设计软件对物镜进行设计、优化和像质评价,设计结果显示浸油物镜的数值孔径大约1.54,可以很好地满足照明系统的需要。     

探针尖带金属微粒的光子扫描隧道显微镜成像数值模拟

引入了色散介质的时域有限差分法散射场方程,并针对光子扫描隧道显微镜的带金属尖光纤扫描成像问题进行三维的数值模拟。在考虑了光纤和样品相互作用的情况下,采用等效入射波法设置入射波,探针扫描模式为等高扫描模式,从成像分辨力和灵敏度的角度,比较了不同入射角、不同的光纤一样品间距,不同金属类型,及不同金属尖大小的成像情况。数值模拟结果显示,带金属颗粒光纤探针尖的光子扫描隧道显微镜在成像分辨力和灵敏度上有显著的改进,而带不同类型金属颗粒情况下对分辨力影响不大,灵敏度是银最好。     

镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道扫描显微镜成像数值模拟

利用时域有限差分法,对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行了三维数值模拟。在考虑光纤和样品相互作用的基础上,采用等效入射波法设置入射波和等高扫描。从成像分辨率和灵敏度的角度比较了不同纳米颗粒与样品间距、纳米颗粒大小、排列方式以及排列密度对成像的影响。结果表明,镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道显微镜无论在制备的可行性上,还是在分辨率和灵敏度上都有显著的改进。     

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。