《高光譜光學近場顯微成像方法研究》是依託北京航空航天大學，由蔡微擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高光譜光學近場顯微成像方法研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：蔡微
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高光譜近場顯微成像是將高光譜成像的概念引入到近場光學技術中，利用光學探針逐點收集樣品表面形貌和寬頻光源激發出的透射/散射光譜，同步形成表面微觀形貌像和高光譜像。本課題擬採取理論分析、數值計算和實驗相結合的方法對高光譜近場顯微成像進行研究，內容包括：首先利用時域有限差分法探討在寬頻激發光源的作用下貴金屬納米結構的光場與不同的近場光學探針的光場在成像過程中的相互作用；然後從實驗上發展掃描定位與光譜儀CCD同步控制的成像關鍵技術以及從光譜數據中同步合成高光譜像的數據處理方法；最後對成像方法進行實驗驗證，最佳化各項實驗參數條件，實現對特定樣品（如：貴金屬納米線等）高光譜像的獲取。高光譜像將在空間維和光譜維上展現更豐富的信息，在微納米尺度上實現金屬納米結構光學現象/效應的可視化，反映研究對象在不同波長下的光學回響。
結題摘要
本課題發展了一種掃描探針近場探測技術和樣品局域光譜技術相結合的顯微成像方法，即藉助掃描探針顯微術在微納米尺度進行樣品表面形貌成像的優勢，結合收集光路、光譜儀和電子倍增電荷耦合器件（EMCCD）等設施收集來自樣品表面局域的光譜信息，進而形成樣品表面微觀形貌像和高光譜同步採集的技術方案。對照研究計畫要點，課題組執行項目期間首先完成了搭建以雙壓電陶瓷片力感測器為核心的掃描探針顯微成像系統；並與倒置光學顯微鏡相結合以實現探針/樣品的觀測及定位；實現了系統掃描成像與光譜儀同步的控制方法。然後，作為成像系統的關鍵技術之一，課題組著重對系統的掃描定位方法開展了研究；基於組合式三維掃描方式，完成了在成像系統中進行快速掃描的方法研究；在樣品的定位技術上，課題組發展了一種基於切變力感測器的顆粒微操控方法，用於原位調整樣品上貴金屬顆粒的位置和取向。在成像系統中結合全反射稜鏡，課題組研究了銀納米線結構被不同偏振態入射光所產生的隱失場激發後作為光波導及光學天線的特性。採用了熱拉伸-化學腐蝕相結合的方法獲得了拋物線外形光纖探針，並利用雷射誘導沉積的方式來實現探針鍍膜。利用時域有限差分方法對納米顆粒-銀納米線、等離激元光波導及全金屬光學探針的光學特性進行了數值模擬研究；結合成像系統特色開展系統拓展以及對金片和電池電極材料等試樣的實驗研究，觀測到金片邊緣的退偏振現象以及溶液環境中電極材料的充放電過程等實驗數據。本課題執行期間共發表SCI論文9篇，獲得國家發明專利授權3項；課題組畢業博士生2人，碩士生1人。本課題的研究成果將為在微納米尺度上開展對材料表面特別是貴金屬納米結構表面光學現象/效應的觀測提供新的實驗手段。
