專(zhuān)利名稱(chēng)：Sb₂Te₃非線性超分辨蓋玻片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓋玻片，特別是一種Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會(huì)不斷進(jìn)步、科技不斷發(fā)展的時(shí)代，用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)納米級(jí)無(wú)損傷成像已成為各個(gè)領(lǐng)域迫切的需求。然而，受光學(xué)衍射極限的限制，基于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的普通光學(xué)顯微鏡橫向分辨率(r=0.61 λ /NA)大于200nm，其中，λ為光源波長(zhǎng)，NA = nsin Θ為透鏡的數(shù)值孔徑)，軸向分辨率ζ=2 λ /NA2大于500nm。在近場(chǎng)掃描探針顯微鏡SPM家族中，掃描隧道顯微鏡STM、原子力顯微鏡AFM、近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡SN0M、光子隧道顯微鏡PSTM等利用電子隧道效應(yīng)，原子分子作用力，光子隧道效應(yīng)等均能實(shí)現(xiàn)0.1 IOnm量級(jí)的分辨率，但各有其局限性。此外，近場(chǎng)掃描探針家族均需要制作各種探針和復(fù)雜精確的電路控制系統(tǒng)，這在很大程度上局限了掃描探針顯微鏡的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片，該蓋玻片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，在透明K9玻璃基底上依次鍍上ZnS-SiO2介電干涉層、Sb2Te3可逆非線性半導(dǎo)體薄膜層以及ZnS-SiO2保護(hù)層。利用Sb2Te3薄膜材料的可逆光學(xué)非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨的近場(chǎng)光學(xué)成像，待測(cè)樣品也不局限于固體形態(tài)，也可以是液體形態(tài)或者生物樣品，并且在不需要制備精細(xì)的探針和繁瑣的電路控制系統(tǒng)的情況下，觀察到樣品表面近場(chǎng)范圍的信息。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片，其特征是該蓋玻片是在透明K9玻璃上依次鍍制膜厚IOOnm 200nm的ZnS-SiO2介電干涉層、膜厚5nm IOOnm的Sb2Te3可逆非線性半導(dǎo)體薄膜層和膜厚5nm 20nm的ZnS-SiO2保護(hù)層。ZnS-SiO2介電干涉層厚度對(duì)不同波段可見(jiàn)入射激光有一定差異，在IOOnm 200nm之間,介電干涉層對(duì)入射激光波段有減反增透作用。Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜材料的光學(xué)非線性效應(yīng)可逆，對(duì)不同入射激光波段存在最佳非線性膜厚范圍為5nm lOOnm。光束離開(kāi)后非線性薄膜材料的特性恢復(fù)原狀，不受到任何損傷。ZnS-SiO2保護(hù)層厚度略薄，厚度范圍為5nm 20nm，和待測(cè)樣品表面緊密接觸，防止非線性膜被待測(cè)固體樣品表面劃傷或者被待測(cè)液體樣品腐蝕、溶解損壞而影響成像效果，也使得樣品表面光束在近場(chǎng)范圍內(nèi)就被收集探測(cè)。利用Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜材料的可逆光學(xué)非線性效應(yīng)，經(jīng)透鏡聚焦后的光束經(jīng)過(guò)Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片時(shí)，聚焦光束與非線性薄膜材料相互作用形成一個(gè)光探針，在Sb2Te3非線性薄膜層內(nèi)光斑顯著縮小，薄膜的非線性效應(yīng)越明顯，光探針的越尖銳，非線性薄膜層出射光斑尺寸越小， 從而在在普通光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮小到達(dá)樣品表面的光斑能力越強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)納米尺度分辨的光學(xué)成像。所選Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜材料光學(xué)非線性特性可逆，激光光束離開(kāi)之后不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體非線性薄膜材料造成損傷，所以光探針的位置可以在非線性薄膜層中隨著光束或樣品的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)變化，由于材料的響應(yīng)速度遠(yuǎn)高于控制電路的響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)掃描近場(chǎng)光學(xué)成像。本發(fā)明的技術(shù)效果:本發(fā)明利用Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜材料的非線性特性，采用磁控濺射法在蓋玻片表面沉積多層膜結(jié)構(gòu)，用物鏡聚焦光束與非線性薄膜層相互作用形成光探針，通過(guò)該光探針觀察待測(cè)樣品表面。本發(fā)明利用Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜非線性的可逆性，移動(dòng)激光光束或者待測(cè)樣品時(shí)光探針能夠?qū)崟r(shí)快速跟蹤，從而動(dòng)態(tài)掃描整個(gè)樣品表面形貌。本發(fā)明的保護(hù)層厚度很薄，只有幾十個(gè)納米，確保從待測(cè)樣品表面返回的光在近場(chǎng)范圍內(nèi)就被光探針重新收集，在不需要探針的情況下獲得樣品表面的近場(chǎng)成像。本發(fā)明基于保護(hù)層的保護(hù)，不僅適用于觀察固體物體的表面形貌，還可以觀察液體試樣、生物樣品，其適用范圍較傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡和掃描探針顯微鏡應(yīng)用都更廣泛。本發(fā)明利用Sb2Te3半導(dǎo)體材料的非線性實(shí)現(xiàn)樣品近場(chǎng)的超分辨光學(xué)成像，獲得了普通光學(xué)顯微鏡無(wú)法獲得的樣品表面近場(chǎng)信息，而其制備工藝及控制難度大大低于近場(chǎng)掃描探針顯微鏡。


圖1 =Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片結(jié)構(gòu)示意2:Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片實(shí)現(xiàn)納米成像示意3 =Sb2Te3薄膜層入射和出射的光斑歸一化強(qiáng)度圖4:傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡成像和Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片觀察固體樣品表面圖5 =Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片觀察液體樣品表面圖6 =Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片觀察生物樣品表面
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1:Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。由圖可見(jiàn)，本發(fā)明所涉及的蓋玻片結(jié)構(gòu)是利用磁控濺射法在透明K9蓋玻片基底I上依次濺射介電干涉層2、非線性薄膜層3和保護(hù)層4構(gòu)成的，其中介電干涉層2為ZnS-SiO2，厚度lOOnm，對(duì)選用的可見(jiàn)光藍(lán)光405nm波段入射激光有減反增透作用。非線性薄膜層3為厚度5nm的Sb2Te3。保護(hù)層為厚度15nm的ZnS-Si02。將Sb2Te3蓋玻片的保護(hù)層緊貼待測(cè)固體樣品5表面放置，保持蓋玻片和樣品的相對(duì)位置不變，如圖2所示:將入射405nm藍(lán)光激光經(jīng)NA=0.9物鏡聚焦在蓋玻片Sb2Te3薄膜層，此時(shí)，入射激光將和Sb2Te3薄膜材料相互作用形成一個(gè)光探針，使得從非線性薄膜層出射的光斑尺寸 縮小。圖3給出了 Sb2Tej^膜層入射和出射的光斑歸一化強(qiáng)度對(duì)比，在經(jīng)過(guò)非線性Sb2Te3薄膜后，能夠聚焦的最小光斑尺寸大大減小。光斑透過(guò)很薄的保護(hù)層，聚焦在固體樣品5上，從樣品5上反射回來(lái)光束在近場(chǎng)再次經(jīng)過(guò)光探針后被物鏡6所搜集探測(cè)成像。由于Sb2Te3材料的可逆非線性，激光光束不會(huì)對(duì)薄膜層造成損傷，因此可以整體移動(dòng)樣品和蓋玻片薄膜(圖2中虛線框部分8)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品表面的近場(chǎng)掃描成像。圖4對(duì)比了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡和非線性蓋玻片薄膜結(jié)構(gòu)超分辨成像的結(jié)果，傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡中蓋玻片沒(méi)有鍍膜，NA=0.9的物鏡6距離待測(cè)固體樣品5距離遠(yuǎn)，收集到的是樣品反射光的遠(yuǎn)場(chǎng)信息，對(duì)樣品的成像是遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)成像，對(duì)所用波長(zhǎng)405nm的激光其光學(xué)分辨率由瑞利分辨極限可以得出其光斑直徑約550nm ;而對(duì)非線性超分辨蓋玻片，聚焦光束在Sb2Te3薄膜層中和材料相互作用形成了光探針，縮小了入射到樣品表面5的光斑，此外，光探針到待測(cè)樣品5表面只有5nm,收集到的反射光包含樣品表面近場(chǎng)信息,將Sb2Te3蓋玻片用于光學(xué)成像，其分辨率明顯提高，突破傳統(tǒng)光學(xué)的衍射極限，并且更真實(shí)的反應(yīng)了待測(cè)樣品的表面形貌。實(shí)施例2:Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片觀察液體樣品表面示意圖如圖5所示，其利用磁控濺射儀在透明K9蓋玻片基底I上依次濺射厚度200nm的ZnS-SiO2介電干涉層2，厚度50nm的Sb2Te3非線性薄膜層3,厚度5nm的ZnS-SiO2保護(hù)層4。節(jié)點(diǎn)干涉層對(duì)選用的可見(jiàn)紅光800nm波段入射激光有減反增透作用。將待測(cè)液體9滴在透明載玻片10的表面，并將Sb2Te3蓋玻片保護(hù)層膜面朝向待測(cè)液體覆蓋在載玻片上，保持蓋玻片和載玻片相對(duì)位置不變，由于保護(hù)層的保護(hù)作用，待測(cè)液體不會(huì)對(duì)非線性Sb2Te3薄膜產(chǎn)生腐蝕、溶解等損傷。入射激光800nm紅光經(jīng)NA=0.9物鏡6入射到Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片上，光斑受材料的非線性作用而急劇縮小，形成一個(gè)光探針聚焦到待測(cè)待測(cè)液體9的表面，此時(shí)，表面的原子分子將反射激光經(jīng)光探針和物鏡6收集而成像。由于Sb2Te3材料的非線性的可逆性，移動(dòng)光路(圖5中虛線框11所示)即可對(duì)待測(cè)液體的表面進(jìn)行掃描成像。和SOOnm紅光的衍射極限直徑Im相比較，Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片成像的的分辨率IOOnm有了大大提高。實(shí)施例3:·Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片觀察生物樣品表面示意圖如圖6所示，其利用磁控濺射法在透明K9蓋玻片基底I上依次濺射厚度160nm的ZnS-SiO2介電干涉層2、厚度IOOnm的Sb2Te3非線性薄膜層3和厚度20nm的ZnS-SiO2保護(hù)層4。介電干涉層對(duì)選用的可見(jiàn)藍(lán)光632nm波段入射激光有減反增透作用。將待測(cè)生物細(xì)胞樣品12放在透明載玻片10的表面，并將Sb2Te3蓋玻片覆蓋在載玻片上，保持蓋玻片和載玻片相對(duì)位置不變。入射激光632nm紅光經(jīng)NA=0.8物鏡6入射到Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片上，光斑受材料的非線性作用而縮小，在Si膜層中形成一個(gè)光探針，聚焦到待測(cè)生物細(xì)胞樣品12的表面，移動(dòng)光路(圖6中虛線框11所示)即可對(duì)生物細(xì)胞樣品進(jìn)行掃描成像并獲得200nm超分辨納米級(jí)光學(xué)分辨率。
權(quán)利要求
1.一種Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片，其特征是該蓋玻片是在透明K9玻璃(I)上依次鍍制膜厚IOOnm 200nm的ZnS-SiO2介電干涉層(2)、膜厚5nm IOOnm的Sb2Te3可逆非線性半導(dǎo)體薄膜層(3)和膜厚5n m 20nm的ZnS-SiO2保護(hù)層(4)。
全文摘要
一種Sb2Te3非線性超分辨蓋玻片，其特征是該蓋玻片是在透明K9玻璃上依次鍍制膜厚100nm～200nm的ZnS-SiO2介電干涉層、膜厚5nm～100nm的Sb2Te3可逆非線性半導(dǎo)體薄膜層和膜厚5nm～20nm的ZnS-SiO2保護(hù)層。本發(fā)明利用Sb2Te3半導(dǎo)體薄膜材料的光學(xué)非線性特性實(shí)現(xiàn)高速動(dòng)態(tài)觀察待測(cè)物體表面形貌，實(shí)現(xiàn)超分辨光學(xué)成像。本發(fā)明簡(jiǎn)單實(shí)用，適用于多種形態(tài)的待測(cè)樣品，不需要復(fù)雜的電機(jī)控制過(guò)程，并可以獲得超過(guò)衍射極限的光學(xué)分辨率。
文檔編號(hào)G02B21/34GK103235408SQ20131014520
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者嚴(yán)輝, 魏勁松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所