一種暗場顯微鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于精密光學(xué)儀器制造領(lǐng)域，具體涉及到一種名為暗場顯微鏡的光學(xué)顯微系統(tǒng)的整體設(shè)計，用于獲得納米結(jié)構(gòu)散射譜，研宄局域表面等離激元的散射問題。
【背景技術(shù)】
[0002]局域表面等離激元是金屬表面的自由電子在外界電磁波的作用下僅在局域做集體振動的現(xiàn)象。局域表面等離激元可以將金屬納米結(jié)構(gòu)的共振現(xiàn)象局限在一個很小的區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域產(chǎn)生顯著的電場增強(qiáng)效應(yīng)。在表面增強(qiáng)拉曼散射、光學(xué)信號傳輸、生物和化學(xué)傳感、紅外LSPR超靈敏生物傳感及生物分子探測和醫(yī)學(xué)診斷等方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]暗場顯微鏡是對阻擋樣品和襯底的反射光加以阻擋，只在法線方向接收樣品產(chǎn)生的散射光的一種顯微技術(shù)。由于微觀金屬納米結(jié)構(gòu)在光照條件下可以產(chǎn)生局域表面等離激元振動，激發(fā)光子產(chǎn)生。因此通過對散射光的光譜分析，可以得知局域表面等離激元的振動模式，以達(dá)到對局域表面等離激元振動研宄的目的。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]基于上述情況，本實用新型的目的是提供一種可以測量由局域表面等離激元振動引起的散射光信號的暗場顯微鏡，它可以分別實現(xiàn)激發(fā)光的大角度入射和小角度入射，其中小角度入射可以達(dá)到接近正入射的效果。
[0005]本實用新型的具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種暗場顯微鏡，其特征在于，包括由CMOS相機(jī)1、光譜儀2和CXD相機(jī)3組成的兩個成像系統(tǒng)，以及用于照明的兩套光路系統(tǒng)，即:實現(xiàn)明場照明和小角度暗場照明的第一光路系統(tǒng)，和實現(xiàn)大角度入射暗場照明的第二光路系統(tǒng)；所述第一光路系統(tǒng)包括子系統(tǒng)A和子系統(tǒng)C，二者的主光軸垂直相交于第一分束鏡4的中心位置，其中子系統(tǒng)A收集進(jìn)入物鏡14的光并使進(jìn)入物鏡14的光在CMOS相機(jī)I上或光譜儀2狹縫處成像，而子系統(tǒng)C提供光斑大小可調(diào)的均勻平行光，在第一分束鏡4處被引入子系統(tǒng)A ;所述第二光路系統(tǒng)包括提供明暗可調(diào)、光斑大小可調(diào)的均勻平行光的子系統(tǒng)B，其主光軸與子系統(tǒng)A的主光軸成一定角度交于樣品表面。
[0007]上述子系統(tǒng)A包括共軸的第二分束鏡6、鏡筒透鏡5、第一分束鏡4和物鏡14，以及位于物鏡14后光瞳位置的遮光板15，其中:所述第二分束鏡6可翻折，位于鏡筒透鏡5與光譜儀2的狹縫之間，其法線與子系統(tǒng)A光軸的夾角為45°，鏡面上入射點到光譜儀2的距離等于其到CMOS相機(jī)I的距離；所述第一分束鏡4位于鏡筒透鏡5和物鏡14之間，其法線與子系統(tǒng)A光軸的夾角為45°。
[0008]上述子系統(tǒng)B可以是光源和透鏡的組合，也可以是準(zhǔn)直光源和光闌的組合，功能是提供明暗、大小可調(diào)的均勻平行光。如果子系統(tǒng)B是光源和透鏡的組合，其包括第一光源8，以及共軸的第二雙膠合消色差透鏡9、第一光闌10、第二光闌11和第三雙膠合消色差透鏡12，其中第一光闌10和第二光闌11位于第二雙膠合消色差透鏡9與第三雙膠合消色差透鏡12之間；第三雙膠合消色差透鏡12的一側(cè)的二倍焦距處放置樣品，另一側(cè)的一倍焦距處是第二光闌11，二倍焦距處是第一光闌10 ;而第一光闌10又位于第二雙膠合消色差透鏡9的一倍焦距處，第一光源8經(jīng)第二雙膠合消色差透鏡9后在第二光闌11處成像。
[0009]上述子系統(tǒng)C可以是光源和透鏡的組合，也可以是準(zhǔn)直光源和光闌的組合，功能是提供光斑大小可調(diào)的均勻平行光。如果子系統(tǒng)C是光源和透鏡的組合，可以包括第二光源18，以及共軸的第一雙膠合消色差透鏡7、第三光闌16和第四雙膠合消色差透鏡17，其中第三光闌16位于第一雙膠合消色差透鏡7和第四雙膠合消色差透鏡17之間，第二光源18在經(jīng)過第四雙膠合消色差透鏡17后在第三光闌16處成像，而第三光闌16位于第一雙膠合消色差透鏡7的一倍焦距處。
[0010]明場照明用于找到樣品。小角度入射的照明光經(jīng)過物鏡聚焦到樣品上，被樣品反射后重新進(jìn)入物鏡，再經(jīng)過鏡筒透鏡在CMOS相機(jī)上成像?？梢愿鶕?jù)CMOS相機(jī)上的圖像找到樣品位置。
[0011]暗場照明用于探測樣品散射譜。大角度暗場照明采用斜入射的方法自動實現(xiàn)對樣品和襯底反射光的屏蔽。小角度入射暗場照明系統(tǒng)與明場照明共用光路，設(shè)計使入射光與反射光不重合，因此可以設(shè)計用擋板遮擋反射光，只讓散射光從入射光一側(cè)出射，以達(dá)到屏蔽反射光的目的。散射光經(jīng)過鏡筒透鏡在光譜儀狹縫處成像，經(jīng)過光譜儀分光后進(jìn)入CCD相機(jī)，經(jīng)過分析即可得到樣品散射譜。
[0012]本實用新型具有的優(yōu)點是:①在一臺暗場顯微鏡上同時具有大角度暗場照明和小角度暗場照明功能，即:可在保證樣品位置不變的情況下分別實現(xiàn)大角度入射光激發(fā)和小角度入射光激發(fā)納米結(jié)構(gòu)表面等離激元振動，并獲得兩種情況下的樣品散射譜。②將明場照明光路與小角度暗場照明光路整合為一套光路系統(tǒng)，設(shè)計簡潔。③明場照明和兩種暗場照明，三種照明方式的互相切換方便快速。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型暗場顯微鏡的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0014]其中圖中:1.CMOS相機(jī)，2.光譜儀，3.CXD相機(jī)，4.第一分束鏡，5.鏡筒透鏡，6.第二分束鏡(可翻折)，7.第一雙膠合消色差透鏡，8.第一白光光源，9.第二雙膠合消色差透鏡，10.第一光闌，11.第二光闌，12.第三雙膠合消色差透鏡，13.三維平移樣品臺，14.50X物鏡，15.遮光板，16.第三光闌，17.第四雙膠合消色差透鏡，18.第二白光光源。
[0015]圖2是光在物鏡及樣品區(qū)域傳播示意圖。
[0016]其中(a)為明場照明示意圖；(b)為大角度入射暗場照明示意圖；(C)為小角度入射暗場照明示意圖。入射光、反射光和散射光已在圖中標(biāo)出。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖來解釋本【實用新型內(nèi)容】及其應(yīng)用。所述的實施方案是為了更好地說明本實用新型，而不能理解為是對本實用新型的權(quán)利要求的限制。
[0018]圖1是本實用新型暗場顯微鏡的結(jié)構(gòu)原理示意圖，以俯視圖畫出。
[0019]本實用新型暗場顯微鏡由3個子光學(xué)系統(tǒng)以及CMOS相機(jī)1、光譜儀2和CXD相機(jī)3兩個成像系統(tǒng)組成。其中部件6、5、4、14共軸，組成子光學(xué)系統(tǒng)A ;部件8、9、10、11、12共軸，組成子光學(xué)系統(tǒng)A ;部件7、16、17、18共軸，組成子光學(xué)系統(tǒng)C。
[0020]光學(xué)系統(tǒng)A和光學(xué)系統(tǒng)C的主光軸相互垂直，且交于分束鏡4的中心位置。光學(xué)系統(tǒng)A與光學(xué)系統(tǒng)B的主光軸成一定角度，且交于樣品臺13上的樣品表面。
[0021]對于子光學(xué)系統(tǒng)A，其本質(zhì)是一個顯微透鏡組，主要功能是實現(xiàn)對進(jìn)入物鏡的光的收集以及使進(jìn)入物鏡的光在CMOS相機(jī)I上或光譜儀2狹縫處成像；另外，子光學(xué)系統(tǒng)C的光在分束鏡4處被引入光學(xué)系統(tǒng)A，以實現(xiàn)明場照明以及小角度暗場照明(這一點將在下文結(jié)合示意圖2(a)和2(c)加以說明)。
[0022]對于子光學(xué)系統(tǒng)B，其本質(zhì)是一個光源和透鏡組的組合，功能是提供明暗可調(diào)、光斑大小可調(diào)的均勻平行光。因此光學(xué)系統(tǒng)B也可以選用可調(diào)強(qiáng)度的準(zhǔn)直光源代替，并在光源前安放光闌達(dá)到相同效果。
[0023]對于子光學(xué)系統(tǒng)C，其本質(zhì)是一個光源和透鏡的組合，功能是提供光斑大小可調(diào)的均勻平行光，因此光學(xué)系統(tǒng)C也可以選用準(zhǔn)直光源代替，并在光源前安放光闌，以達(dá)到光斑大小可控的目的。
[0024]CMOS相機(jī)I的作用是在明場照明情況下找到樣品的位置；光譜儀2的作用是對進(jìn)入其狹縫的散射光進(jìn)行分光，以達(dá)到光譜分析的目的；CCD相機(jī)3的作用是采集、記錄經(jīng)過光譜儀處理的光信號。
[0025]下面將對每一個子光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]對于系統(tǒng)A上的部件，下文所涉及到的“左、右”為在俯視情況下，順著從鏡筒透鏡到物鏡的主光軸方向觀察而定義的。
[0027]對于系統(tǒng)B和系統(tǒng)C上的部件，下文所涉及到的“左、右”是依照從對應(yīng)系統(tǒng)光軸的右側(cè)水平觀察系統(tǒng)定義的，下文所涉及的“上、下”是依照水平觀察各系統(tǒng)定義的，下文所涉及到得“前、后”是依照從對應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)光軸右側(cè)水平觀察系統(tǒng)定義的，“前”指遠(yuǎn)離觀察位置方向，“后”指靠近觀察位置方向。
[0028]對于系統(tǒng)A，物鏡14與鏡筒透鏡5使樣品的像成在光譜