1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代科学技术的不断进步，人们对微观世界的认识也在不断深入，许多方面都在向着集成化方向发展，比如电路方面的发展经历了从中小规模集成电路到现在的大规模甚至超大规模集成电路，电路中的器件尺寸也是越来越小，可以达到1.0-0.1μm^[1]。这些发展给人们带了很多便利的同时，也要求着科技的快速发展。如果想要观察到大规模集成电路或者超大规模集成电路中的器件，使用传统的光学显微镜显然不可以，传统光学显微镜的放大倍数不能随意增大，会受到光学衍射极限的限制，由于衍射效应的存在，远处一物点通过成像系统所成的像实际上是一个艾里斑，分辨相邻两个物点的问题就归结为两个物点在像平面上所成的衍射光斑的分辨问题^[2]。因此，1984年，ibm 苏黎世实验室的pohl以及美国康奈尔大学的lewis两个研究小组分别独立地研制成功近场光学显微镜^[3,4]，突破了衍射极限，实现了超分辨成像。随后，扫描近场光学显微镜的种类也不断丰富。

近场光学显微镜系统最重要的部件就是尖端有纳米小孔的光纤探针，它几乎存在所有最常见的带小孔径的近场扫描光学显微镜中。光纤探针的出现让我们可以在很小尺度上对物质的构造进行控制，从而得到更多新的材料特性，甚至可以让我们在原子和分子水平上制造材料和器件，能够让我们操纵纳米结构和测量纳米结构。由于在近场光学显微镜系统中，光纤探针是最重要的部件，因此，近场光学显微系统的性能从很大程度上是由探针的性能决定的，例如光纤探针的两个重要的参数:针尖尺寸和锥角。针尖尺寸是探针最尖端通光孔径的大小，决定了系统的分辨本领；锥角是光纤探针尖端轴向剖面内探针轮廓所围成的平面角，决定了探针锥形波导从截止面到尖端的距离，从而决定了光纤探针的传输效率^[5]。

随着光纤探针技术的不断发展，光纤探针的应用也越来越广泛，在医学领域中，光纤探针技术已逐渐应用于细胞、病毒、细菌等研究领域^[6]，例如在生物工程中有至关重要作用的大肠杆菌，由于大肠杆菌的尺寸为纳米级别，而且在液体中的游动模式不固定，难以固定。但是将纳米激光注入光纤探针中，形成一个大肠杆菌细胞链并固定在一个探针的顶端即可实现^[7]。在动高压实验中，由于电探针法易受测试环境电磁干扰以及测试样品尺寸的限制，光纤探针测量技术成为新型流体动力学实验诊断技术^[8]。根据应用领域相关要求的不同，光纤探针也在做着不同的改变，可以通过改变光纤中传输光信号的特性来实现不同的功能^[9]。

2. 研究的基本内容与方案

本次毕业设计的基本内容和目标是了解光纤探针的基本概念、原理作用和制备方法，例如国内外常见的熔拉腐蚀法^[13]和化学腐蚀法^[14]，学习国内外的发展状况，知道光纤探针在其他领域的一些应用，然后确定制备光纤探针的实验方法：利用变型管腐蚀法制备倒锥角结构的光纤探针，同时实验探索影响倒锥角参数如口径、锥角大小等的相关因素。通过探究腐蚀时间、光纤插入深度、裸纤长度等参数对探针的倒锥角结构、质量以及光纤探针灵敏度的影响，完善制备光纤探针的参数设置及实验方案，制备出用于微粒捕获的高质量的光纤探针。

技术方案及措施：第一步:用光纤剥线钳除去光纤的塑料外层，用棉花球沾无水乙醇擦拭干净，再用金刚石刀轻点光纤端头附近，手指轻弹光纤端头，使光纤断开，在显微镜下观察切割好的光纤端面是否平整，如果合格则再次用浸有无水乙醇的棉花球反复清洗光纤端面和表面，然后晾干待用；第二步:用无水乙醇将有机玻璃板的槽擦拭干净，将光纤放入其中并垂直固定在实验装置的支架上，加入合适浓度的氢氟酸以及适量的封闭液，调节支架的微调旋钮，使光纤垂直插入腐蚀液表面合适长度。记录时间、腐蚀液温度及环境温度。腐蚀时间和氢氟酸浓度、环境温度以及光纤材料有关^[15]；第三步:一定时间后将光纤探针从腐蚀液中取出，用肥皂水浸泡一定时间，再用丙酮、去离子水等将光纤探针表面残留腐蚀液清洗干净，晾干后去掉有机聚合物外套即得到光纤探针。晾干后放到显微镜下观察光纤探针的形状、锥角等特征；第四步:分别改变腐蚀时间、光纤插入深度和裸纤长度等，分别记录改变不同参数对光纤探针的形状、锥角等的影响，统计趋势，选出最合适的参数设置，再次实验制备出质量更高的光纤探针。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解光纤探针基本原理及应用。确定实验方案，完成开题报告。

第4－5周：根据实验方案开始制作光纤探针，基本掌握制备方法。

第6－7周：改变实验参数，研究不同参数的改变对光纤探针形貌和品质的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 哈泽. 电子元件五十年[m].北京：科学技术文献出版社, 1980.

[2] 张树霖. 近场光学显微镜及其应用[m].北京：科学出版社, 2000.

[3] pohl d w , denk w , lanz m. optical stethoscopy : image recording with resolutionλΠ20[j]. appl phys lett , 1984 ,44 (7) : 651-653.