專利名稱：提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學顯微技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法。
背景技術(shù)：
自從光學顯微技術(shù)誕生以后，人們一直為提高光學顯微鏡的分辨率而努力。顯微鏡的分辨率是指顯微鏡能夠分辨兩個物點的能力。目前使用的分辨率判斷標準主要是1879年由瑞利提出的瑞利判據(jù)，該判據(jù)的表達式如下Δx＝0.61λ/n sinθ，其中Δx是顯微鏡的分辨極限，λ是入射光在真空中的波長，n是物鏡與樣品之間的折射率，θ是顯微鏡物鏡在樣品一側(cè)的半孔徑角，n sinθ也稱作顯微鏡的數(shù)值孔徑(NA)。
根據(jù)瑞利判據(jù)，提高遠場光學顯微鏡分辨率的途徑主要有兩個，一是縮短入射光的波長λ，二是提高顯微鏡的數(shù)值孔徑NA，包括通過設(shè)計復(fù)合透鏡加大顯微鏡物鏡的孔徑角θ和采用油浸潤物鏡增大物鏡與樣品之間的折射率n。單純增大孔徑角只能使NA增大到0.95，即使采用油浸潤鏡，NA最大也只能到1.5。而且使用上述方法在原來的基礎(chǔ)上再進一步提高遠場光學顯微鏡的分辨率必然會使設(shè)備的技術(shù)難度和成本都急劇的上漲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡便有效的提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，其特征在于在公知的遠場光學顯微鏡的載物臺上放置一塊用濺射法鍍上一層含有無序金屬—絕緣體膜層的載玻片。
所述載玻片的結(jié)構(gòu)在厚度為(0.17～1.2)mm的玻璃片上鍍一層厚度為(10～80)nm無序金屬—絕緣體膜層，并在涂層上再復(fù)一層厚度為(5～50)nm的近場間隔層，樣品置于近場間隔層之上。
所述無序金屬—絕緣體膜層中含有金屬和絕緣體兩種組分，直徑為(1～10)nm的金屬顆粒隨機分散在絕緣體中，金屬組分的體積分數(shù)為(0.3～0.7)。
所述絕緣體材料、近場間隔層的材料為Si3N4或SiO2。
本發(fā)明的有益效果是當均勻的照明光穿過無序金屬—絕緣體膜層時，由于無序金屬—絕緣體介質(zhì)會改變光場的分布，產(chǎn)生巨大的光場起伏，這種起伏的空間尺度在亞波長量級，并且只存在于無序金屬—絕緣體膜層附近的近場范圍內(nèi)。因此利用近場間隔層控制近場距離，就可以獲得相當于無數(shù)亞波長尺度光源同時進行近場照明的效果。由于照明方式的變化以及無序金屬—絕緣體介質(zhì)與樣品之間的光學耦合作用，顯微鏡的分辨能力會大大提高。本發(fā)明將復(fù)有無序—絕緣體薄膜的載玻片，設(shè)置在光學顯微鏡的光路中，在不改變顯微鏡設(shè)備和操作方法的情況下使顯微鏡的分辨率大大提高，在最優(yōu)條件下使可分辨的最小距離減小到原來的2/5、用瑞利公式計算的判據(jù)計算值的1/2以下，具有簡便、高效以及成本低的優(yōu)點。


圖1為透射式遠場光學顯微鏡的光路示意圖。
圖2為載玻片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種簡便有效的提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，它是在公知的遠場光學顯微鏡的載物臺上放置一塊用濺射法鍍上一層含有無序金屬—絕緣體膜層的載玻片。
圖1所示使用公知的透射式遠場光學顯微鏡光路示意圖，該顯微鏡的光路從上到下經(jīng)過目鏡1、消色差物鏡2，載物臺3、聚光鏡4、孔徑光欄5、視場光欄6、照明用的鹵素燈7。以上顯微鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑是0.5，照明光波長范圍400nm到700nm，采用Koehler照明方式。根據(jù)瑞利判據(jù)，選用波長的中間值550nm計算該系統(tǒng)的分辨率，計算值是670nm，而測量值是700nm，略高于理論值。
圖2所示為含有無序金屬—絕緣體膜層的載玻片8，其結(jié)構(gòu)是在玻璃片9上涂復(fù)一層無序金屬—絕緣體膜層10，納米級金屬Sb顆粒11無序的分布在Si3N4或SiO212中，近場間隔層13附在無序金屬—絕緣體膜層10上面，該層上放置樣品14。
下面再舉實施例對本發(fā)明方法予以進一步說明實施例1在本例中，玻璃片厚度0.17mm；無序金屬—絕緣體膜層由Sb和Si3N4構(gòu)成，膜厚50nm，Sb的體積分數(shù)為0.5，Sb顆粒分散在Si3N4中，顆粒尺寸為5nm；近場間隔層是Si3N4，厚度30nm。測得分辨率280nm。
實施例2在本例中，玻璃片厚度0.17mm；無序金屬—絕緣體膜層由Sb和Si3N4構(gòu)成，膜厚50nm，Sb的體積分數(shù)為0.5，Sb顆粒分散在Si3N4中，顆粒尺寸為5nm；近場間隔層是Si3N4，厚度5nm。測得分辨率350nm。
實施例3在本例中，玻璃片厚度0.17mm；無序金屬—絕緣體膜層由Sb和Si3N4構(gòu)成，膜厚50nm，Sb的體積分數(shù)為0.5，Sb顆粒分散在Si3N4中，顆粒尺寸為5nm；近場間隔層是Si3N4，厚度50nm。測得分辨率340nm。
實施例4在本例中，玻璃片厚度1.2mm；無序金屬—絕緣體膜層由Sb和SiO2構(gòu)成，膜厚10nm，Sb的體積分數(shù)為0.7，Sb顆粒分散在SiO2中，顆粒尺寸為1nm；近場間隔層是SiO2，厚度5nm。測得分辨率450nm。
實施例5在本例中，玻璃片厚度1.0mm；無序金屬—絕緣體膜層由Sb和SiO2構(gòu)成，膜厚80nm，Sb的體積分數(shù)為0.3，Sb顆粒分散在SiO2中，顆粒尺寸為10nm；近場間隔層是SiO2，厚度5nm。測得分辨率420nm。
在以上各例中，用公知的復(fù)合靶磁控濺射法來制備無序金屬—絕緣體膜層，濺射氣壓(0.1～2.0)Pa，濺射前背景真空低于5×10-5Pa，在氬氣中濺射。顯微鏡的放大倍數(shù)使用最小刻度為0.01mm的標尺進行校正，分辨率測量則采用直徑300nm和210nm的標準PS樹脂顆粒進行測定。由此本發(fā)明在不改變顯微鏡設(shè)備和操作方法的情況下，在最優(yōu)條件下使可分辨的最小距離減小到原來的2/5、用瑞利公式計算的判據(jù)計算值的1/2以下，具有簡便高效以及成本低的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.一種提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，其特征在于在公知的遠場光學顯微鏡的載物臺上放置一塊用濺射法鍍上一層含有無序金屬—絕緣體膜層的載玻片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，其特征在于所述載玻片的結(jié)構(gòu)為在厚度為(0.17～1.2)mm的玻璃片上鍍一層厚度為(10～80)nm無序金屬—絕緣體膜層，并在涂層上再復(fù)一層厚度為(5～50)nm的近場間隔層，樣品置于近場間隔層之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，其特征在于所述無序金屬—絕緣體膜層中含有金屬Sb和絕緣體兩種組分，直徑為(1～10)nm的金屬Sb顆粒隨機分散在絕緣體中，金屬組分的體積分數(shù)為(0.3～0.7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法，其特征在于所述絕緣體材料、近場間隔層的材料為Si3N4或SiO2。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于光學顯微技術(shù)范圍的一種提高遠場光學顯微鏡分辨率的方法。本方法是利用均勻的照明光穿過無序金屬一絕緣膜層時產(chǎn)生巨大的光起伏，相當于無數(shù)亞波尺度光源同時進行近場照明的效果，以及無序金屬一絕緣體介質(zhì)與樣品之間的光耦合作用，使顯微鏡的分辨能力大大提高這一原理，在現(xiàn)有光學顯微鏡的光路中的載物臺上放置一表面涂復(fù)有無序金屬一絕緣膜層的載玻片，使該顯微鏡在最優(yōu)條件下的可分辨的最小距離減小到原來的2/5。本發(fā)明應(yīng)用于提高光學顯微鏡的分辨率，簡便有效、改造成本低。
文檔編號G02B21/34GK1412593SQ0215541
公開日2003年4月23日 申請日期2002年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者區(qū)定容, 朱靜, 趙嘉昊, 周惠華 申請人:清華大學