北京航空航天大学学报 ›› 2017, Vol. 43 ›› Issue (7): 1330-1335.doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0526

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共轴共聚焦干涉式表面等离子体显微成像技术

张蓓1, 闫鹏1, 王乐2, 高枫1, 袁梅1   

  1. 1. 北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院, 北京 100083;
    2. 中国人民大学 理学院, 北京 100872
  • 收稿日期:2016-06-20 修回日期:2016-10-28 出版日期:2017-07-20 发布日期:2017-07-28
  • 通讯作者: 张蓓,E-mail:bei.zhang@buaa.edu.cn E-mail:bei.zhang@buaa.edu.cn
  • 作者简介:张蓓 女,博士,硕士生导师。主要研究方向:纳米成像、新型传感器、生物光子学;闫鹏 男,教授,博士生导师。主要研究方向:微纳操控、超精密控制;王乐 男,博士,硕士生导师。主要研究方向:MEMS技术、微纳加工、功能性器件、自旋电子。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61405006,11304381);虚拟现实技术与系统国家重点实验室开放基金(BUAA-VR-15KF-04);中央高校基本科研业务费专项资金(YWF-14-ZDHXY-09);北京航空航天大学优青培育基金(YWF-15-6)

Common-path confocal interferometric surface plasmon microscopy

ZHANG Bei1, YAN Peng1, WANG Le2, GAO Feng1, YUAN Mei1   

  1. 1. School of Automation Science and Electrical Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China;
    2. College of Science, Renmin University of China, Beijing 100872, China
  • Received:2016-06-20 Revised:2016-10-28 Online:2017-07-20 Published:2017-07-28
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China (61405006,11304381); Open Funding Project of State Key Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems (BUAA-VR-15KF-04); the Fundamental Research Funds for the Central Universities (YWF-14-ZDHXY-09); Excellent Early Researcher Funds of Beihang University (YWF-15-6)

摘要: 表面等离子体(SPs)显微成像技术能够在纳米尺度上对材料折射率的局部变化以及材料的表面形貌进行检测,这一特性使其在生物医疗及半导体材料等领域有很多的应用。提出一种新型共轴共聚焦干涉式表面等离子体显微成像技术,该技术可以定量地对折射率变化进行检测,而且具有实现简单、成本低、对环境条件要求低、信噪比高等优点。采用压电陶瓷微纳米移动平台在显微物镜的焦面附近对样品进行扫描,SPs信号与参考光的相对相位会改变从而产生一个周期性的振荡信号即Vz)曲线。同时该技术能够通过控制样品的离焦距离来实现图像对比度的可控,而且这一举措不会显著地降低图像的分辨率及对比度。也分别从理论仿真和实验结果上证明了该技术的可行性。

关键词: 显微成像, 共聚焦干涉, 表面等离子体, 成像系统, 纳米检测

Abstract: Surface plasmon (SPs) microscopy can measure local changes of refractive index on the nano scale and has been successfully applied in biomedical or semiconductor material fields. Here, we propose and develop a novel common-path confocal interferometric SPs microscopy. This technique delivers quantitative high spatial resolution sensitive to refractive index and offers the advantages of simplicitye, low cost, low environmental requirements, and high signal-to-noise ratio. The so-called V(z) effect is the period oscillation by the relative phase between the reference and the SPs signal and obtained by scanning the sample along the optical axis (z direction) with a Piezo-electric stage. We demonstrate that the image contrast can be controlled by varying the sample defocus without substantially degrading spatial resolution. We also verify the technique theoretically and experimentally.

Key words: microscopy, confocal interference, surface plasmon, imaging systems, nano-measurement

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