针尖增强拉曼系统高数值孔径物镜对焦方法研究

孙晓爽，高思田，黄 鹭，祝敏豪，刘林伟

(1.中国计量科学研究院，北京100029；2.中国计量大学计量测试工程学院，浙江杭州310018)

1 引 言

针尖增强拉曼光谱术TERS(tip-enhanced Raman spectroscopy)是一种将SPM(scanning probe microscope)和SERS(surface enhanced Raman scattering)技术相结合用以进行样品表面纳米尺度研究的技术[1,2]。与传统拉曼光谱术相比，TERS具有更高的纳米尺度空间分辨率[3,4]，能够提供更丰富的样品物质结构信息，被广泛应用于材料学[5]、表面科学[6]、生物化学[7,8]、电化学[9]、医疗研究[10,11]等领域。

在TERS测量系统中，为提高拉曼信号激发/收集效率，使入射光经高数值孔径物镜聚焦在针尖与样品接近处以形成激发光场，获取样品准确的物质结构信息。因使用的物镜具有高数值孔径NA、高放大倍率的特点，使得系统景深达到μm量级，测量过程中轻微的振动或样品表面高度的微小变化都将导致离焦现象，因此，在TERS测量系统中实现物镜的快速、精确对焦尤为重要。

目前，实现TERS测量系统中轴向精确对焦功能的主要方法有两种，即人工对焦法[12]和差动共焦轴向对焦法[13]。人工对焦法操作繁琐、效率低、易受主观因素影响，导致对焦结果重复性差；差动共焦轴向对焦法因需要在光路中增添探测器等光学器件，增加了系统的复杂性，耗费硬件资源，存在焦点位置易漂移等问题。

图像调焦法在显微视觉系统中具有较广泛应用[14～17]。该方法通过选用合适的调焦评价函数对物镜成像的图像进行处理判断对焦状态，从而控制物镜移动,具有实时性、便捷性和高灵敏度，并且不增加额外的硬件。……