Patent FI 2000 A 000023
BREVETTO
Titolo: Sistema di verifica e controllo dell'accoppiamento di campo prossimo in microscopi ottici a scansione del tipo SNOM
Inventori: Maria Allegrini, Pietro Giuseppe Gucciardi, Massimiliano Labardi
Persona di riferimento: Prof. M. Allegrini
Stato di primo deposito: Italia
Numero di primo deposito: FI 2000 A 000023
Data di primo deposito: 11 Febbraio 2000
Descrizione: In microscopia ottica a scansione a campo prossimo (SNOM), del tipo "ad apertura", vengono usate come sensori delle fibre ottiche rastremate e metallizzate esternamente, lasciando una apertura di dimensioni nanometriche. Tali punte vengono avvicinate alla superficie del campione da esaminare a una distanza di alcuni nanometri, stabilizzata tramite un sistema di retroazione che agisce, tramite un attuatore piezoelettrico, regolando la distanza punta-campione. Inoltre, altri attuatori piezoelettrici realizzano una scansione a rastrello della superficie per ottenere una mappa sia topografica che ottica della superficie con risoluzione nanometrica, capace di superare il limite di diffrazione. Le punte, così come prodotte, possono presentare una apertura occlusa; tale apertura si allarga poi per usura in seguito al contatto col campione. Spesso quindi è difficile sapere dall'inizio se la luce è stata accoppiata correttamente in fibra. Se la luce raggiunge la punta metallizzata, l'assorbimento ne provoca il riscaldamento e la relativa espansione termica. Il metodo elaborato consiste nella modulazione dell¹intensità inviata in fibra, a una frequenza di pochi Hertz, e nel monitoraggio, in condizioni di avvicinamento punta-campione, del segnale di retroazione per la stabilizzazione della distanza. Se in tale segnale si misura una modulazione coerente con quella imposta, si è certi dell'avvenuto accoppiamento e si può procedere all'ottimizzazione dello stesso, anche se la punta è totalmente occlusa.
Usi principali: Il metodo si applica alla microscopia ottica a scansione a campo prossimo (SNOM) di tipo ad apertura, in particolare laddove l¹accesso alla punta e/o alla fibra sia problematico, cioeè in configurazioni sotto vuoto, criogeniche, o quando si usi luce non visibile.
Vantaggi principali: Il metodo può essere usato su qualunque SNOM ad apertura, in quanto sfrutta dei principi base del suo funzionamento, necessariamente presenti in ogni strumento di questo tipo, a patto di poter modulare l¹intensita¹ della sorgente (ad esempio con un chopper ottico) e di poter visualizzare in tempo reale, ad esempio su un oscilloscopio o tramite il software di gestione dello strumento, il segnale di controllo della distanza (anche detto di topografia). Usando questo metodo si realizza una diminuzione dei costi, in quanto si preservano le sonde SNOM potendole usare con vantaggio sin dalle prime scansioni, e si accorciano i tempi di operazione in quanto l'accoppiamento in fibra viene estremamente semplificato.
Keywords: Microscopia ottica a scansione a campo prossimo, SNOM, espansione termica, fibra ottica, modulazione di intensità accoppiamento ottico.
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Title: Sistema di verifica e controllo dell'accoppiamento di campo prossimo in microscopi ottici a scansione del tipo SNOM
Inventors: Maria Allegrini, Pietro Giuseppe Gucciardi, Massimiliano Labardi
Referee: Prof. M. Allegrini
Country of patent: Italia
Number: FI 2000 A 000023
Date of patent:11 Febbraio , 2000
DESCRIPTION: In scanning near-field optical microscopy (SNOM) of aperture type, the sensor is represented by tapered optical fibers, externally metallized, leaving an aperture of nanometer size. Such tips are approached to the sample surface at a few nanometers distance, stabilized by a feedback system acting, through a piezoactuator, by adjusting the tip-sample distance. Moreover, a raster-scan is realized by additional piezoactuators to obtain both topographical and optical maps of the surface with nanometer resolution, over the diffraction limit. The as-produced tips might be occluded; such aperture opens up during operation by natural wear. It is thus often difficult to know from the beginning whether the light is correctly coupled into the fiber. If light reaches the metallized tip, absorption causes heating up and consequently thermal expansion. The developed method comprises intensity modulation of the light sent to the fiber, at a few Hertz frequency, and monitoring in approach conditions, the feedback signal for distance stabilization. If such signal shows a modulation coherent to the imposed one, the obtainment of coupling is verified and can be optimized, even if the tip is totally occluded.
PRINCIPAL PURPOSES: The method can be applied to scanning near-field optical microscopy (SNOM) of aperture type, particularly where the access to the tip or fiber is difficult, e.g. under vacuum or in cryogenic systems, or when non-visible light is used.
ADVANTAGES: The method can be applied to any SNOM of aperture type, since it exploits the basic working principles, necessarily present in any instrument of this kind, provided that the light intensity can be modulated (for instance by an optical chopper) and that real-time visualization of the distance control signal (also called topography) is possible by means of an oscilloscope or by the system software. By this method, costs are reduced since SNOM tips are preserved and can be used effectively from the beginning; furthermore, operation times are reduced since fiber coupling is much simplified.
KEYWORDS. Scanning near-field optical microscopy, SNOM, thermal expansion, optical fiber, intensity modulation, optical coupling.
P.G. Gucciardi, M. Labardi, S. Gennai, F. Lazzeri, M. Allegrini, "Versatile Scanning Near-Field Optical Microscope for Material Science Applications", Rev. Sci. Instrum. 68, 3088 (1997).
M. Labardi, P.G. Gucciardi, M. Allegrini, C. Pelosi, "Assessment of NSOM Resolution on III-V Semiconductor Thin Films", Appl. Phys. A 66, S397 (1998).
M. Labardi, P.G. Gucciardi, M. Allegrini, "Near Field Optical Microscopy", La Rivista del Nuovo Cimento, 23, 4 (2000).