[发明专利]一种杂化波导及光学显微镜探针的制备方法、光学显微镜探针

说明书

本公开提供了一种光学显微镜探针，包括：光纤锥、银纳米线、石英音叉及电路板，光纤锥及银纳米线通过耦合形成一杂化波导，石英音叉焊接固定在电路板上，杂化波导通过紫外胶水固定在石英音叉及所述电路板上。通过实验得到了该光学显微镜探针超过20％的整体耦合效率，并且对不同样品以物镜激发探针收集和探针激发物镜收集的模式进行了扫描成像，实验结果证明了该光学显微镜探针的高效率和用以超分辨光学成像的可行性。本公开还提供一种杂化波导及一种光学显微镜探针的制备方法。

技术领域

本公开涉及表面等离激元和近场光学领域，具体涉及到一种杂化 波导及光学显微镜探针的制备方法、光学显微镜探针。

背景技术

现有技术中的商业扫描近场显微镜探针大多采用孔径型，即在锥 形的光纤表面镀上金属膜，然后在尖端端面留出一个孔径很小，一般 直径约为50～150nm，用于收集和发射的出光口。当探针移动到扫描 样品的近场范围时，探针可与物质结构表面的倏逝波进行相互作用， 从而突破光学衍射极限。但这种探针的光学透过率极低，当孔径约为 100nm时，其效率约为10^-4；而当孔径约为50nm时，其效率仅约为 10^-5，极大地限制了近场探针在弱信号下的应用。

近年来，各种其他的新型扫描近场显微镜探针的报道，如光学天 线探针，具有光栅结构的远场激发等离激元探针，金字塔型探针等等， 但这些探针或者对加工工艺和技术有极高的要求，或者是探针的使用 光路较为复杂，都存在一定的自身缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种杂化波导及光 学显微镜探针的制备方法、光学显微镜探针，通过将一根可实现光学 模式和表面等离激元模式之间相互高效转换的光纤锥-银纳米线杂化 波导，与一个带电路板的石英音叉组装在一起，形成一种光学显微镜 新型探针，其可直接组装进商业扫描近场光学显微镜进行近场光学扫 描，同时得到扫描样品的高精度形貌图和高效率的突破衍射极限的光 学强度图。

本公开的一个方面提供了一种杂化波导的制备方法，包括：

S1，制备光纤锥和银纳米线，并将银纳米线储存在乙醇溶液中形 成银纳米线溶液；S2，将银纳米线溶液稀释后滴在二氧化硅基底上， 在显微镜下选择一根银纳米线；S3，利用三维微纳平移台控制钨针将 银纳米线推至二氧化硅基底边缘，使其垂直二氧化硅基底边缘方向且 银纳米线总长度的一半悬空；S4，将去涂覆层光纤表面涂附紫外胶， 然后通过三维微纳平移台将其靠近光纤锥，使光纤锥的尖端表面上沾 取紫外胶；S5，将光纤锥移动至银纳米线悬空部分的正下方，然后移 动光纤锥使银纳米线从二氧化硅基底挑起并与光纤锥接触耦合；S6， 利用紫外灯照射光纤锥与银纳米线接触耦合区域使紫外胶固化，形成 一杂化波导；S7，将石英音叉焊接固定在电路板上，再将杂化波导通 过紫外胶水固定在石英音叉及电路板上，形成一光学显微镜探针。

进一步地，S1包括：S11，采用熔拉法制备光纤锥，光纤锥的锥 角为3°～5°，尖端直径为150nm；S12，采用化学法制备银纳米线， 银纳米线直径为200nm～300nm，其长度为8μm～12μm。

进一步地，S2中银纳米线溶液稀释后的浓度为20μg/ml～200μg/ml。

进一步地，S6中紫外灯照射耦合区域时间为5～8min。

进一步地，S7中杂化波导通过紫外胶水固定在石英音叉及电路板 上的步骤包括：S71，将杂化波导及固定在一起的石英音叉及电路板 放置在六维微纳调整台上，并通过显微镜调整杂化波导的俯仰角和方 位角使其与石英音叉的上臂平行；S72，平行调整杂化波导位置使其 伸出石英音叉，再使其下降靠近石英音叉的上臂位置；S73，采用点 胶机或自制点胶设备在石英音叉的上臂最前端、中间支撑柄及电路板 的垫片上分别滴取低折射率紫外胶水；S74，采用氮气发生器及紫外 光源照射滴胶区域若干分钟，使低折射率紫外胶水固化，使得杂化波 导与石英音叉及电路板固定在一起，形成一光学显微镜探针。