新型的显微镜利用光学腔可测试纳米粒子的结构和运动特性

近日，一种新型的显微镜利用光学腔可以显著增强图像信号，且能够测量每个纳米粒子的结构和运动特性。

研究人员说，这项技术可以应用在生物、化学以及纳米科学领域。例如，研究大分子的时间动态(蛋白质的折叠)，以及纳米材料特性和对量子发射极的光谱测量。

新型扫描腔显微镜正在对纳米粒子成像

“我们的方法是把用来成像的探针光陷在一个光学共振腔里。在共振腔里，这个探针光可以循环上万次。”DavidHunger说，“这增强了光和样品间的相互作用，因此可以更容易地对信号进行测量。而对于普通显微镜，信号强度仅为入射功率的百万分之一，这使得测量变得困难。共振腔使信号增强了50000倍。“

共振腔的一侧是一个平面镜，同时也作为待测纳米粒子的载体。另一端则是一个在光纤尾端弯曲的镜子。

激光通过光纤耦合进共振腔。平面镜会随着光纤移动，使待测粒子到达焦点。与此同时，还需要调节两个镜子间的距离来满足腔共振的条件。这要求精度达到皮秒量级。

研究人员首次测量使用的是直径40nm的金球。

“我们选用金原子作为参考系，因为它的特性是已经可以精确测量的，所以可以检查我们测量系统的准确性。”Hunger说。“在我们的测量系统通过精确性检验后，就可以测量粒子光学特性，并与计算得到的特性进行对比。”

相比于其他依赖直接信号增强的方法，这种方法的光场很小，使用基模的空间分辨率可达到2um。加入高阶模式后，分辨率可以增加到800nm。

当同时获得单个粒子的吸收特性和散射特性时，该测量方法将更加强大。这与粒子的特性息息相关。在这次实验中，研究队伍测量了金纳米柱，测得尺寸34×25×25nm。

“光偏振态与金柱轴平行时比正交时的共振态转换，比正交时更大，因为正交时会有两种不同的共振频率。”Matthias Mader说。“这种双折射现象可以被精确测量，而且可以作为测量粒子形状和方向的参数。”

相关研究发表在NatureCommunications(doi:10.1038/ncomms8249开放获取)。