中科大表面波光學(xué)顯微鏡研究獲重要進展
表面波光學(xué)顯微鏡重要用作分析表面或是界面處光和物質(zhì)的相互作用、樣品表面或是界面處的行為特征。目前常見的表面波光學(xué)顯微鏡是透過金屬&＃40;一般為金或是銀&＃41;薄膜電壓的表面等離子體波&＃40;Surface Plasmons, SPs&＃41;當(dāng)作燈光光源的表面等離子體共計振顯微鏡&＃40;Surface Plasmon Resonance Microscopy, SPRM&＃41;。
但SPRM適用兩個不足之處，約束了其更加普遍的應(yīng)用：第一，因為SPs的傳播特性，造成了SPRM于SPs傳播方向的空間分辨率一般作為幾個微米，遙遠(yuǎn)小于光波的衍射極限；第二，因為SPs需特定的激發(fā)條件而且顯微物鏡的數(shù)值孔徑龐大，造成了SPRM對于入射光的波長、偏振以及襯底材料有一定要求，如入射光必需是長波，而且必需是p偏振光，樣品必需擺放于金屬材料之上。
針對于上述缺乏，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)和光學(xué)工程系微納光學(xué)和技術(shù)課題組副教授張斗國、教授王沛，和浙江大學(xué)教授劉旭、匡翠方，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機械研究所研究員劉建國、桂華僑，中國科大高分子科學(xué)和工程系教授鄒綱，美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授J.R. Lakowicz等合作，提交并且構(gòu)建了一種根據(jù)轉(zhuǎn)動燈光的表面波光學(xué)顯微鏡成像全新技術(shù)，提升了無標(biāo)記成像的分辨率，擴展了表面波光學(xué)顯微的應(yīng)用范疇，有關(guān)研究成果以此Label-free surface-sensitive photonic microscopy with high spatial resolution using azimuthal rotation illumination 為題，刊登于國際期刊《自然科學(xué)進展》&＃40;Science Advances&＃41;之上。
于自主架設(shè)的光學(xué)顯微鏡之上讀取了轉(zhuǎn)動燈光模塊。透過掃瞄振鏡準(zhǔn)確、高速的調(diào)節(jié)光束光子角度，于維持徑向角度&＃40;θ對于應(yīng)表面波的共振激勵角度&＃41;絕不變的情況之下，讓方位角在0°到360°間高速旋轉(zhuǎn)&＃40;圖1b&＃41;，從而于各個方向激勵散播的SPs。無需圖像處置，透過探測器收集圖像的時間平均值效應(yīng)可大自然地提升SPRM成像分辨率。如圖2a所示，遭掃描樣品是一根彎曲介質(zhì)納米線，透過常規(guī)的SPRM可以看見清晰的圖案，并且有很多條紋導(dǎo)致的假象；因而透過轉(zhuǎn)動燈光SPRM，可以精確辨別出此納米線的形貌與彎曲&＃40;圖2b&＃41;。對比實驗證實，轉(zhuǎn)動照明精確提升了SPRM成像分辨率，克服了目前SPRM適用的第一個不足之處。
借以克服第二個不足之處，介質(zhì)多層膜電壓的布洛赫表面波&＃40;Bloch Surface Waves, BSWs&＃41;遭提交用來取代金屬薄膜的SPs，進而研發(fā)出另外一種表面波光學(xué)顯微：Bloch surface wave microscopy &＃40;BSWM&＃41;。其優(yōu)勢取決于：介質(zhì)薄膜&＃40;頂層材料作為玻璃&＃41;平穩(wěn)性優(yōu)在金屬薄膜且不易展開生化動詞；BSWM不僅可實習(xí)在長波亦可實習(xí)在短波；BSWs的穿透深度可調(diào)控，可構(gòu)建有所不同深度的表面掃描；BSWM可實習(xí)在p偏振與s偏振入射光，有助于偏振光復(fù)雜樣品的測量和表征。根據(jù)這些優(yōu)勢，BSWM的應(yīng)用范圍更加普遍。
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