专利名称：Sb<sub>2</sub>Te<sub>3</sub>非线性超分辨盖玻片的制作方法
技术领域：
本发明涉及盖玻片，特别是一种Sb2Te3非线性超分辨盖玻片。
背景技术：
在现代社会不断进步、科技不断发展的时代，用光学方法实现纳米级无损伤成像已成为各个领域迫切的需求。然而，受光学衍射极限的限制，基于可见光波长的普通光学显微镜横向分辨率(r=0.61 λ /NA)大于200nm，其中，λ为光源波长，NA = nsin Θ为透镜的数值孔径)，轴向分辨率ζ=2 λ /NA2大于500nm。在近场扫描探针显微镜SPM家族中，扫描隧道显微镜STM、原子力显微镜AFM、近场扫描光学显微镜SN0M、光子隧道显微镜PSTM等利用电子隧道效应，原子分子作用力，光子隧道效应等均能实现0.1 IOnm量级的分辨率，但各有其局限性。此外，近场扫描探针家族均需要制作各种探针和复杂精确的电路控制系统，这在很大程度上局限了扫描探针显微镜的应用范围。
发明内容
本发明目的在于提出一种Sb2Te3非线性超分辨盖玻片，该盖玻片结构简单明了，在透明K9玻璃基底上依次镀上ZnS-SiO2介电干涉层、Sb2Te3可逆非线性半导体薄膜层以及ZnS-SiO2保护层。利用Sb2Te3薄膜材料的可逆光学非线性效应实现纳米尺度分辨的近场光学成像，待测样品也不局限于固体形态，也可以是液体形态或者生物样品，并且在不需要制备精细的探针和繁琐的电路控制系统的情况下，观察到样品表面近场范围的信息。为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下:一种Sb2Te3非线性超分辨盖玻片，其特征是该盖玻片是在透明K9玻璃上依次镀制膜厚IOOnm 200nm的ZnS-SiO2介电干涉层、膜厚5nm IOOnm的Sb2Te3可逆非线性半导体薄膜层和膜厚5nm 20nm的ZnS-SiO2保护层。ZnS-SiO2介电干涉层厚度对不同波段可见入射激光有一定差异，在IOOnm 200nm之间,介电干涉层对入射激光波段有减反增透作用。Sb2Te3半导体薄膜材料的光学非线性效应可逆，对不同入射激光波段存在最佳非线性膜厚范围为5nm lOOnm。光束离开后非线性薄膜材料的特性恢复原状，不受到任何损伤。ZnS-SiO2保护层厚度略薄，厚度范围为5nm 20nm，和待测样品表面紧密接触，防止非线性膜被待测固体样品表面划伤或者被待测液体样品腐蚀、溶解损坏而影响成像效果，也使得样品表面光束在近场范围内就被收集探测。利用Sb2Te3半导体薄膜材料的可逆光学非线性效应，经透镜聚焦后的光束经过Sb2Te3非线性超分辨盖玻片时，聚焦光束与非线性薄膜材料相互作用形成一个光探针，在Sb2Te3非线性薄膜层内光斑显著缩小，薄膜的非线性效应越明显，光探针的越尖锐，非线性薄膜层出射光斑尺寸越小， 从而在在普通光学显微镜的基础上进一步缩小到达样品表面的光斑能力越强，从而实现纳米尺度分辨的光学成像。所选Sb2Te3半导体薄膜材料光学非线性特性可逆，激光光束离开之后不会对半导体非线性薄膜材料造成损伤，所以光探针的位置可以在非线性薄膜层中随着光束或样品的移动而动态变化，由于材料的响应速度远高于控制电路的响应，从而实现高速动态扫描近场光学成像。本发明的技术效果:本发明利用Sb2Te3半导体薄膜材料的非线性特性，采用磁控溅射法在盖玻片表面沉积多层膜结构，用物镜聚焦光束与非线性薄膜层相互作用形成光探针，通过该光探针观察待测样品表面。本发明利用Sb2Te3半导体薄膜非线性的可逆性，移动激光光束或者待测样品时光探针能够实时快速跟踪，从而动态扫描整个样品表面形貌。本发明的保护层厚度很薄，只有几十个纳米，确保从待测样品表面返回的光在近场范围内就被光探针重新收集，在不需要探针的情况下获得样品表面的近场成像。本发明基于保护层的保护，不仅适用于观察固体物体的表面形貌，还可以观察液体试样、生物样品，其适用范围较传统光学显微镜和扫描探针显微镜应用都更广泛。本发明利用Sb2Te3半导体材料的非线性实现样品近场的超分辨光学成像，获得了普通光学显微镜无法获得的样品表面近场信息，而其制备工艺及控制难度大大低于近场扫描探针显微镜。
图1 =Sb2Te3非线性超分辨盖玻片结构示意2:Sb2Te3非线性超分辨盖玻片实现纳米成像示意3 =Sb2Te3薄膜层入射和出射的光斑归一化强度图4:传统光学显微镜成像和Sb2Te3非线性超分辨盖玻片观察固体样品表面图5 =Sb2Te3非线性超分辨盖玻片观察液体样品表面图6 =Sb2Te3非线性超分辨盖玻片观察生物样品表面
具体实施例方式下面结合实施例附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例1:Sb2Te3非线性超分辨盖玻片结构示意图如图1所示。由图可见，本发明所涉及的盖玻片结构是利用磁控溅射法在透明K9盖玻片基底I上依次溅射介电干涉层2、非线性薄膜层3和保护层4构成的，其中介电干涉层2为ZnS-SiO2，厚度lOOnm，对选用的可见光蓝光405nm波段入射激光有减反增透作用。非线性薄膜层3为厚度5nm的Sb2Te3。保护层为厚度15nm的ZnS-Si02。将Sb2Te3盖玻片的保护层紧贴待测固体样品5表面放置，保持盖玻片和样品的相对位置不变，如图2所示:将入射405nm蓝光激光经NA=0.9物镜聚焦在盖玻片Sb2Te3薄膜层，此时，入射激光将和Sb2Te3薄膜材料相互作用形成一个光探针，使得从非线性薄膜层出射的光斑尺寸 缩小。图3给出了 Sb2Tej^膜层入射和出射的光斑归一化强度对比，在经过非线性Sb2Te3薄膜后，能够聚焦的最小光斑尺寸大大减小。光斑透过很薄的保护层，聚焦在固体样品5上，从样品5上反射回来光束在近场再次经过光探针后被物镜6所搜集探测成像。由于Sb2Te3材料的可逆非线性，激光光束不会对薄膜层造成损伤，因此可以整体移动样品和盖玻片薄膜(图2中虚线框部分8)来实现对样品表面的近场扫描成像。图4对比了传统光学显微镜和非线性盖玻片薄膜结构超分辨成像的结果，传统光学显微镜中盖玻片没有镀膜，NA=0.9的物镜6距离待测固体样品5距离远，收集到的是样品反射光的远场信息，对样品的成像是远场光学成像，对所用波长405nm的激光其光学分辨率由瑞利分辨极限可以得出其光斑直径约550nm ;而对非线性超分辨盖玻片，聚焦光束在Sb2Te3薄膜层中和材料相互作用形成了光探针，缩小了入射到样品表面5的光斑，此外，光探针到待测样品5表面只有5nm,收集到的反射光包含样品表面近场信息,将Sb2Te3盖玻片用于光学成像，其分辨率明显提高，突破传统光学的衍射极限，并且更真实的反应了待测样品的表面形貌。实施例2:Sb2Te3非线性超分辨盖玻片观察液体样品表面示意图如图5所示，其利用磁控溅射仪在透明K9盖玻片基底I上依次溅射厚度200nm的ZnS-SiO2介电干涉层2，厚度50nm的Sb2Te3非线性薄膜层3,厚度5nm的ZnS-SiO2保护层4。节点干涉层对选用的可见红光800nm波段入射激光有减反增透作用。将待测液体9滴在透明载玻片10的表面，并将Sb2Te3盖玻片保护层膜面朝向待测液体覆盖在载玻片上，保持盖玻片和载玻片相对位置不变，由于保护层的保护作用，待测液体不会对非线性Sb2Te3薄膜产生腐蚀、溶解等损伤。入射激光800nm红光经NA=0.9物镜6入射到Sb2Te3非线性超分辨盖玻片上，光斑受材料的非线性作用而急剧缩小，形成一个光探针聚焦到待测待测液体9的表面，此时，表面的原子分子将反射激光经光探针和物镜6收集而成像。由于Sb2Te3材料的非线性的可逆性，移动光路(图5中虚线框11所示)即可对待测液体的表面进行扫描成像。和SOOnm红光的衍射极限直径Im相比较，Sb2Te3非线性超分辨盖玻片成像的的分辨率IOOnm有了大大提高。实施例3:·Sb2Te3非线性超分辨盖玻片观察生物样品表面示意图如图6所示，其利用磁控溅射法在透明K9盖玻片基底I上依次溅射厚度160nm的ZnS-SiO2介电干涉层2、厚度IOOnm的Sb2Te3非线性薄膜层3和厚度20nm的ZnS-SiO2保护层4。介电干涉层对选用的可见蓝光632nm波段入射激光有减反增透作用。将待测生物细胞样品12放在透明载玻片10的表面，并将Sb2Te3盖玻片覆盖在载玻片上，保持盖玻片和载玻片相对位置不变。入射激光632nm红光经NA=0.8物镜6入射到Sb2Te3非线性超分辨盖玻片上，光斑受材料的非线性作用而缩小，在Si膜层中形成一个光探针，聚焦到待测生物细胞样品12的表面，移动光路(图6中虚线框11所示)即可对生物细胞样品进行扫描成像并获得200nm超分辨纳米级光学分辨率。
权利要求
1.一种Sb2Te3非线性超分辨盖玻片，其特征是该盖玻片是在透明K9玻璃(I)上依次镀制膜厚IOOnm 200nm的ZnS-SiO2介电干涉层(2)、膜厚5nm IOOnm的Sb2Te3可逆非线性半导体薄膜层(3)和膜厚5n m 20nm的ZnS-SiO2保护层(4)。
全文摘要
一种Sb2Te3非线性超分辨盖玻片，其特征是该盖玻片是在透明K9玻璃上依次镀制膜厚100nm～200nm的ZnS-SiO2介电干涉层、膜厚5nm～100nm的Sb2Te3可逆非线性半导体薄膜层和膜厚5nm～20nm的ZnS-SiO2保护层。本发明利用Sb2Te3半导体薄膜材料的光学非线性特性实现高速动态观察待测物体表面形貌，实现超分辨光学成像。本发明简单实用，适用于多种形态的待测样品，不需要复杂的电机控制过程，并可以获得超过衍射极限的光学分辨率。
文档编号G02B21/34GK103235408SQ20131014520
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者严辉, 魏劲松 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所