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    1. 太赫兹近场扫描显微成像技术

      2017-07-14 来源:THzWave太赫兹世界 我要评论(0) 字号:

      太赫兹(Terahertz, THz)辐射通常是指频率范围处于0.1—10THz的电磁辐射,其波段位于电磁波谱中的微波和红外之间。近年来,太赫兹技术得到了迅猛发展和广泛应用,成为前沿交叉学科领域之一。太赫兹波由于光子能量很低、具有非破坏性和非等离特性,使得太赫兹在材料检测和无损探测方面有着广泛应用。更为值得提出的是太赫兹成像, 特别是在生物医学方面的成像, 引起了人们的广泛关注。就目前而已,主流的成像技术包括逐点成像、实时成像、近场成像、差分成像、偏振成像等。

      图1、太赫兹脉冲扫描近场成像系统

      由于太赫兹辐射属于远红外辐射,其波长处于亚毫米量级,因此太赫兹光波的衍射效应限制了太赫兹成像的分辨率。在一般的太赫兹逐点成像系统和实时成像系统中,成像分辨率在毫米量级,这在一定程度上制约了太赫兹成像技术的应用。为了解决这一问题,科研人员提出了一种太赫兹近场成像系统,将太赫兹逐点成像的分辨率提高到了亚波长量级,此工作将太赫兹成像技术的性能提高到了一个新的层次。

      图1展示了此实验的系统光路,太赫兹脉冲分别由光导天线产生和光电导采样探测。太赫兹脉冲在入射样品之前,首先被耦合进一个金属探针中,从探针端部出射后再经过样品。此方法属于基于孔径的扫描近场光学显微技术,太赫兹光波在样品上的光斑大小只受制于探针端口的尺寸。在此实验中,探针端口的尺寸为50µm×80µm,因此所获得的最高成像分辨率可达到55µm。从此,太赫兹近场成像技术引起了科研人员的广泛关注,目前已经成为了太赫兹成像中一个重要的研究方向。

      通常所说的太赫兹近场成像是指太赫兹扫描近场光学显微技术(THz-SNOMs),其可以大致分为三种:基于孔径的THz-SNOMs,散射型的THz-SNOMs和太赫兹时域光谱SNOMs。基于孔径的THz-SNOMs是指利用尺寸较小的局域太赫兹光源照射样品,或利用尺寸较小的局域探测器探测太赫兹电场,来实现太赫兹脉冲的近场探测。散射型的THz-SNOMs是指利用一个探针接近被测样品表面,将近场太赫兹信号散射到远场进行测量。关于太赫兹时域光谱SNOMs,是根据太赫兹辐射具有亚毫米量级的波长,而将探测晶体直接放置在太赫兹电场的近场范围内,利用传统的电光采样的方法进行探测。

      图2、散射式太赫兹近场扫描显微成像系统简图

      日前,上海理工大学朱亦鸣教授团队联合上海市现代光学系统重点实验室、上海市太赫兹波谱与影像技术协同创新中心,开展了散射式太赫兹近场扫描显微成像系统的研制。其运用的基本原理是,太赫兹波照射纳米探针的针尖,在针尖周围形成增强的局域场,这个近场会被其附近的样品改变;此近场相互作用导致在远场接收的散射光带有样品局部的光学性质。近场光学空间分辨率由针尖的曲率半径决定,而与照射光波长无关。

      S-SNOM的关键技术

      · 太赫兹波-纳米探针-样品间的近场高效耦合及散射

      ·微弱近场散射信号放大和背景散射噪声抑制

      S-SNOM的典型应用

      · 半导体及复合纳米材料和器件的无损检测

      · 细胞、病毒等生物物质的结构成像和成分分析

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      主题阅读: 太赫兹
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