Near-field optical and atomic-force microscopy by use of the laser trapping technique of a probe

使用探针激光捕获技术的近场光学和原子力显微镜

基本信息

  • 批准号:
    07405005
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.21万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
  • 财政年份:
    1995
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1995 至 1997
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We developed a scanning friction-force microscope which uses a small sphere trapped and scanned by laser beam. The force can be detected as position shift of the sphere, during the sample scanning. The system consists of an inverted microscope, a scanning stage, a near-infrared laser (Nd : YAG,2W), illumination optics, a position detector, and a computer for control. The detection limit of the friction-force with the system was 1.0(]SY.+-。[)0.2pN when we observed the surface of glass or PMMA.We added detection optics for near-field optical signal to the system in order to realize a near-field optical microscope. Since the microscope uses a laser trapped probe, which is trapped by pico-Newton-order force in water, the system has advantages as follows : 1) it gives little damage to the sample, 2) the distance between the sample surface and the probe is constant, and 3) the spatial resolution can be controlled by choosing an appropriate size of the probe. By using this system we trapped n … More ot only dielectric spheres but also metallic spheres. The metallic sphere has high scattering efficiency and provides high signal-to-noise ratio. Moreover small sphere (phi40nm) attains high spatial resolution.We developed three-dimensional microfabrication technique using two-photon absorption. Two-photon absorption process makes it possible to stiffen only small spot near the focal point. We estimated that lateral and axial resolutions are 0.6mum and 1.0mum respectively, by optimizing pulse-width and real power of mode-locked Ti : Sapphire laser (790nm). This system provides one-order higher resolution than conventional systems. Therefore this technique is available to make a probe, that can be stably and precisely trapped by a laser beam.We also showed that finite-difference time-domain (FDTD) method is effective to amalyze the photon force in near-field. We succeeded in calculation of the irradiation forces (=trapping forces) of evanescent or propagation light field to any shapes or materials probes. We investigated the size, the material, and the shape of the probe which is suitable for the microscope we developed. Less
我们开发了一种扫描摩擦力显微镜,该显微镜使用了一个被激光束捕获和扫描的小球体。在样品扫描过程中,可以将力视为球体的位置移位。该系统由倒置显微镜,扫描阶段,近红外激光(ND:YAG,2W),照明光学器件,位置检测器和用于控制的计算机组成。当我们观察到玻璃或PMMA的表面时,使用系统的摩擦力检测极限为1.0(]SY。+ - 。[)0.2pn。我们在系统中添加了检测光学元件,以实现近场光学信号,以实现近场光学显微镜。由于显微镜使用的激光捕获探针被水中的pico-newton-rorder捕获,因此该系统具有以下优点:1)几乎没有损坏样品,2)样品表面和探针之间的距离是恒定的,3)可以通过选择适当的探针大小来控制空间分辨率。通过使用该系统,我们将N…仅饮食领域捕获,但也将金属球体捕获。金属球具有较高的散射效率,并提供高信噪比。此外,小球(PHI40NM)达到了高空间分辨率。我们使用两光子滥用的三维微分化技术。两光子滥用过程使得仅在焦点附近仅硬化小点。我们估计,通过优化模式锁定的Ti:Sapphire Laser(790nm)的脉冲宽度和实际功率,横向和轴向分辨率分别为0.6MUM和1.0MUM。该系统提供的一阶比传统系统更高。因此,该技术可用于制作探针,可以稳定而精确地被激光束捕获。我们还表明,有限差分时间域(FDTD)方法有效地可以在近场中淡化光子力。我们成功地计算了任何形状或材料问题的证据或传播光场的辐照力(=捕获力)。我们研究了适合我们开发的显微镜的探针的尺寸,材料和形状。较少的

项目成果

期刊论文数量(39)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
S.Maruo: "Two-photon-absorbed photopolymeriazation for three-dimensional microfabrication" Proc.IEEE 10th Int.Workshop on MEMS97. 97CH36021. 169-174 (1997)
S.Maruo:“用于三维微加工的双光子吸收光聚合”Proc.IEEE 10th Int.Workshop on MEMS97。
  • DOI:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Kano and S.Kawata: "Grating-coupled surface plasmon for measuring the refractive index of a liquid sample" Jpn.J.Appl.Phys.34. 331-335 (1995)
H.Kano 和 S.Kawata:“用于测量液体样品折射率的光栅耦合表面等离子体”Jpn.J.Appl.Phys.34。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Furukawa and S.Kawata: "Local field enhancement with anapertureless near-microscope probe" Opt.Commun. (accepted for publication).
H.Furukawa 和 S.Kawata:“使用无孔近显微镜探头进行局部场增强”Opt.Commun。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
H.Kano: "Two-phonton-excited fluorescence enhanced by a surface plasmon" Opt.Lett.21. 1848-1850 (1996)
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  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Sugiura, T.Okada, Y.Inouye, O.Nakamura, and S.Kawata: "Gold-bead scanning near-field optical microscope with laser-force position control" Opt.Lett.22. 1663-11665 (1997)
T.Sugiura、T.Okada、Y.Inouye、O.Nakamura 和 S.Kawata:“具有激光力位置控制功能的金珠扫描近场光学显微镜”Opt.Lett.22。
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