近日，慕尼黑報(bào)道，一種新型的顯微鏡利用光學(xué)腔可以顯著增強(qiáng)圖像信號(hào)，且能夠測(cè)量每個(gè)納米粒子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性。
研究人員說，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用在生物、化學(xué)以及納米科學(xué)領(lǐng)域。例如，研究大分子的時(shí)間動(dòng)態(tài)(蛋白質(zhì)的折疊)，以及納米材料特性和對(duì)量子發(fā)射極的光譜測(cè)量。
新型掃描腔顯微鏡正在對(duì)納米粒子成像。
“我們的方法是把用來成像的探針光陷在一個(gè)光學(xué)共振腔里。在共振腔里，這個(gè)探針光可以循環(huán)上萬次。”DavidHunger說，“這增強(qiáng)了光和樣品間的相互作用，因此可以更容易地對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。而對(duì)于普通顯微鏡，信號(hào)強(qiáng)度僅為入射功率的百萬分之一，這使得測(cè)量變得困難。共振腔使信號(hào)增強(qiáng)了50000倍。“
共振腔的一側(cè)是一個(gè)平面鏡，同時(shí)也作為待測(cè)納米粒子的載體。另一端則是一個(gè)在光纖尾端彎曲的鏡子。
激光通過光纖耦合進(jìn)共振腔。平面鏡會(huì)隨著光纖移動(dòng)，使待測(cè)粒子到達(dá)焦點(diǎn)。與此同時(shí)，還需要調(diào)節(jié)兩個(gè)鏡子間的距離來滿足腔共振的條件。這要求精度達(dá)到皮秒量級(jí)。
研究人員首次測(cè)量使用的是直徑40nm的金球。
“我們選用金原子作為參考系，因?yàn)樗奶匦允且呀?jīng)可以精確測(cè)量的，所以可以檢查我們測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。”Hunger說。“在我們的測(cè)量系統(tǒng)通過精確性檢驗(yàn)后，就可以測(cè)量粒子光學(xué)特性，并與計(jì)算得到的特性進(jìn)行對(duì)比。”
相比于其他依賴直接信號(hào)增強(qiáng)的方法，這種方法的光場(chǎng)很小，使用基模的空間分辨率可達(dá)到2um。加入高階模式后，分辨率可以增加到800nm。
當(dāng)同時(shí)獲得單個(gè)粒子的吸收特性和散射特性時(shí)，該測(cè)量方法將更加強(qiáng)大。這與粒子的特性息息相關(guān)。在這次實(shí)驗(yàn)中，研究隊(duì)伍測(cè)量了金納米柱，測(cè)得尺寸34×25×25nm。
“光偏振態(tài)與金柱軸平行時(shí)比正交時(shí)的共振態(tài)轉(zhuǎn)換，比正交時(shí)更大，因?yàn)檎粫r(shí)會(huì)有兩種不同的共振頻率。”Matthias Mader說。“這種雙折射現(xiàn)象可以被精確測(cè)量，而且可以作為測(cè)量粒子形狀和方向的參數(shù)。”
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