一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像器件及成像方法
专利汇可以提供一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像器件及成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像方法，其中，超衍射离轴照明器件从下到上依次包括透明基底层、纳米结构层、PMMA填充层和金属/介质多层膜层。其中纳米结构层可对从透明基底背面入射的照明光进行空间 频率 和偏振方向的调制，金属/介质多层膜层可对调制后的照明光进行空间频率的高通滤波，最终在金属/介质多层膜层的上表面可以形成一个局域在5nm～200nm范围内的消逝光场。该消逝光场可用于普通光学 显微镜 对待测样品的照明，实现待测样品5nm～200nm深度范围内的表层成像。所述器件所提供的照明的方式能有效减小样品内部结构的散射光对表层成像的干扰，提高表层成像的 分辨率 ，为物质表层结构观测、成分分析提供了一条有效的途径。，下面是一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像器件及成像方法专利的具体信息内容。
1.一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像方法，其中，超衍射离轴照明器件从下到上依次包括：
一透明基底层；
一纳米结构层，用于对照明光进行空间频率和偏振方向调制的纳米结构；
一PMMA填充层，用于平整化纳米结构表面；
一金属/介质多层膜层，用于对不同空间频率谐波进行高通滤波；
所述纳米结构层的尺寸和间距不大于照明光波长；所述纳米结构层的材料为不透光材料的金属或者介质；所述纳米结构层的形状可以为规则的几何体或不规则的任意面型；所述纳米结构的分布可以是均匀的或非均匀的，也可以是一维的或二维的；
所述PMMA填充层的上表面相对纳米结构层上表面的厚度为10～30nm；
所述金属/介质多层膜中的金属可以为良导体材料的金、银或铝，介质可以为低损耗光学膜层材料的SiO2或Al2O3；所述金属/介质多层膜为金属/介质交替膜层，各膜层厚度范围为10nm～30nm，各层膜厚可以相等，也可以不相等；根据照明光强需要，金属/介质多层膜的总层数2层或更多层；其特征在于：照明光从所述器件的透明基底层背面入射，经过纳米结构层对其空间频率和偏振方向的调制后进入金属/介质多层膜层进行高频滤波，最终在金属/介质多层膜层的上表面形成局域在5nm～200nm深度范围内的消逝光场，被消逝光场照明的待测样品表层区域可以被光学显微镜或光谱仪进行分析检测；具体的：
所述照明光可以为紫外到可见光范围的宽光谱光源或者激光光源；
改变所述纳米结构层的尺寸和间距，可以调节多层膜表面消逝光场的空间频率和强度分布；
当所述纳米结构层的材料为金属时，改变纳米结构层的分布可以调节多层膜表面消逝光场的偏振方向和空间分布；
改变所述金属/介质多层膜层中的金属材料和介质材料，或者改变金属膜层与介质膜层的厚度之比、层数，可以调整高通滤波时的截止频率，从而调节多层膜表面消逝光场在样品表层的作用深度，调节范围5nm～200nm；
所述被消逝光场照明的待测样品，可直接利用光学显微镜进行纳米尺度表层样品观测，或通过激发样品表层荧光，经滤色片滤光后再由光学显微镜进行观测，或通过激发样品斯托克斯散射光，经滤色片滤光后再由拉曼光谱仪进行分析检测；
当一束光从基底背面入射至纳米结构，其振幅将受到纳米结构的调制，并被激发出各种不同空间频率的谐波成分；所述纳米结构的材料为金属，且呈一定规律的分布排列，则照明光中沿光栅方向上的电场分量将在金属光栅中驱动电子产生电流，电子又和导线晶格原子碰撞使导线变热，最终使电场能转化成热能而损耗，因此沿光栅方向的电场分量基本不会通过光栅，只有垂直于光栅方向的电场分量才能通过光栅，因而可以实现偏振光的调制；
经过调制后的入射光将进入具有特殊色散关系的金属/介质多层膜，在可见光波段下，所述金属具有实部为负的介电系数，它将与具有正的介电系数的介质共同构成一种各向异性等效介质；根据等效介质理论可知，选择合适的金属、介质材料可使等效介质在切向和法向分别具有负的和正的介电系数，再由色散公式 可得该等效介质材料的色散关系为一双曲线，显然，该等效介质材料对空间频率kx具有高通滤波的效果，也就是说，只有空间频率kx较高的谐波成分才能通过金属/介质多层膜而进入待测样品，进入待测样品的谐波成分均有 根据色散关系 可知，待测样品中谐波成分的法向
波矢kz为一虚数，这表明进入待测样品的谐波成分只能以消逝波的形式局域在金属/介质多层膜的上表面，因此可实现仅对待测样品下表面的照明；此外，消逝波的穿透深度由公式决定，通过改变金属/介质多层膜中的材料及膜厚可使消逝波穿透深度
在5nm～200nm范围得到调节，以满足对待测样品不同表层深度的照明；被照明样品可根据照明光波长以及分析检测的目的进行不同的观测与测量；如果照明光为可见光，则被照明样品可直接由光学显微镜进行表层显微成像；如果照明光为紫外光，则待测样品应为荧光样品或涂有荧光染料的样品，经过对样品的荧光激发、滤板滤波后，携带样品表层结构信息的荧光再由光学显微镜进行观测；如果不仅需要对样品进行表层成像，而且还希望对样品表层中的物质进行鉴定与确认，则还可以利用拉曼光谱仪对样品表层激发的斯托克斯散射光进行分析和监测。
一种利用超衍射离轴照明技术的纳米表层光学显微成像器
件及成像方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
150nm线宽75nm，PMMA填充层的上表面相对纳米结构上表面的厚度为10nm，Ag的介电系数为-5.4939+0.2156i，Al2O3的介电系数为3.1，Ag/Al2O3多层膜的每层膜厚均为10nm,共
64层。照明光为部分相干光，波长为436nm。经铬纳米结构调制后，入射光场中只有横向波矢较高的谐波成分才能通过多层膜并只能以消逝波的形式局域在该器件多层膜的表面约
15nm范围内，从而实现仅对消逝波光场的穿透深度即距离多层膜表面15nm范围内的样品表层进行照明。这可以减小样品内部结构的散射光对样品表层成像的干扰。 [0037] 图3为本实施例中铬纳米光栅的结构示意图，铬纳米光栅可以用作一个线栅起偏器，实现对照明光偏振方向的调制，图中双向箭头线段表示线栅起偏器的透振方向。为获得较高空间频率的谐波成分，取铬光栅周期为150nm、线宽为75nm、高度为50nm。 [0038] 图6为本实施中Ag/Al2O3多层膜在照明波长为436nm时光学传递函数的二维图。
从图中可以看出，经铬纳米结构调制后的入射光场中只有横向波矢kx＞2.8k0的谐波成分才能通过Ag/Al2O3多层膜，而满足这一要求的谐波成分只能以消逝波的形式局域在该器件多层膜的表面。假设生物样品介电系数为2.2，则可得到消逝波归一化光强与进入样品深度的变化曲线，如图7所示。通常取消逝波光强衰减为初始光强1/e处为其穿透深度，即当取kx＝2.8k0时，消逝波光场的穿透深度约为15nm。将待测样品置于
多层膜的上表面，即可实现对样品下表面15nm深的区域进行线偏光照明。由于采用紫光照明，样品必须为荧光物质或经荧光染料处理，经过荧光激发、滤板滤波后，携带样品15nm深度内的表层结构信息的荧光可由光学显微镜进行观测。
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