双波长临界角法作共焦显微镜之研究

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1、雙波長臨界角法作共焦顯微鏡之研究121廖淑真王信福邱銘宏12虎尾科技大學光電與材料研究所清雲科技大學電子系摘要於結合共焦顯微鏡和Low-Coherence本文提出一個以臨界角法結合共焦顯Interferrometer(LCI)【4】經常被使微鏡的基本原理，組成一個具有高解用在反射表面的三維影像圖及透明物析度及長深度量測的光學量測系統，體的剖面圖，具有三度空間檢測且深增進原有共焦顯微鏡性能，可應用於入內層立體透視，此外以波長掃描外如光學表面、生物醫學、微奈米⋯等差式干涉儀來取代LCI成為波長掃描三度空間影像方面的量測。預計縱向干涉式外差共焦顯微鏡(he

2、terodyne的解析度約可高於5nm，以及橫向解析wavelength-scanninginterference度可高於0.3μm，並且其最大位移量confocalmicroscope)【5】，它使用可大於±20μm。的光源為可調的的雷射光源，來實現快速分離量測多層介質的折射率跟厚關鍵詞：共交顯微術、臨界角1前言度。近年來共焦顯微鏡已經成為廣泛在國內方面，過去有人改良傳統被使用的研究工具，在生物醫學及半的共焦顯微技術，使用「差動共焦顯導體檢測居於重要的角色，其相關的微術」【6】的新型遠場光學顯微術，應用相當多，有關共焦顯微鏡的研究利用共焦顯微術陡峭

3、的縱向反應來獲及應用在國外方面過去很早就已經展得高達2奈米的縱向解析率，不過其開了，1982年英國的D.K.Hamilton量測範圍很小；系統具有快速即時的與T.Wilson【1】發表了基於共焦顯像能力，對於在量測生物薄膜和活顯微術的表面三維測量技術；該技術生物組織的運動具有特別的優勢，可是以共焦顯微鏡術的縱向反應曲線極應用於測量活細胞對力學擾動的彈性大值，也就是焦平面的位置作基準，與生化反應。而Zeeman雷射共焦顯微在掃描樣本表面時，移動樣本的高度術【7】則是使用Zeeman雷射配合使共焦訊號堡值在極大值，由樣本的Glan-Thompson分析器

4、，提高共焦顯移動量就可得知其表面高度的變化。微鏡在高散射物質中的解析能力。現今仍有不少科學家在為共焦顯另外也還有使用雙光子共焦掃描微術找尋新的應用方向及提升共焦顯顯微鏡的技術【8】，一般的單光子共微術的性能，如結合鎖相式干涉技術焦顯微鏡，通常使用離子雷射產生的(phase-lockedinterferometry)發可見光或紫外光作為光源，用來照明展而成的共焦顯微術【2-3】，已經可經染料染色的樣品，藉收集染料材料達到奈米級的縱向解析率；近年來對受激產生的螢光來組成一個3D螢光影1像，但此種方式會有光破壞或光漂白以及利用待測物在焦平面附近因位移的現象

5、，如果待觀測物是活的細胞，所造成入射角度的改變，例如：由透可能會因為光化合作用產生的毒素將鏡返回之P偏極光入射一稜鏡後，在活細胞殺死，而採用雙光子共焦顯微臨界角附近之反射光大幅增減的特性鏡技術，使用產生波長較長的光源，來檢知物體的位移量。由雷射二極體發出光源(見圖並利用雙光子激發的螢光產生影像則4)，經準直透鏡使光源收斂成平行光僅在光數聚焦的斷面上會會產生染料束，在經PBS使光分成P與S偏極，的激發，可大幅減少不必要的螢光激而此時是將S偏極光射向待測物。發，且可增加螢光掃描的深度，用來當S偏極光經待測物反射，反射光掃描較厚的樣品。經過四分之一波片時，

6、光會變成圓偏在奈米技術圖飛猛進的今日，位極光，圓偏極光通過物鏡聚焦於待測居奈米科技發展要角的量測技術勢必物上；光束經待測物反射回來再經物著更高精度的目標邁進，故本方法乃鏡及四分之一波片變成P偏極，P偏極是利用共焦顯微術結合臨界角法的特會穿透PBS入射至直角稜鏡，直角稜性，來作奈米級的量測，希望能研發鏡反射經透鏡聚焦於光檢測器上，此出成本較低，具有高解析能力及長深檢測器為二元光檢測器。把光聚焦於度之顯微量測技術。待測物上，利用精密電動平台使待測物微小的變化，造成反射回去的光發散角度改變，使入射至直角稜鏡的光2原理收斂或發散(如圖5、圖6)，達到反射2.

7、1共焦顯微鏡的基本原理光強度的改變，使入射至二元光檢測共焦顯微鏡的基本架構如圖1所示，由於器左右兩部分的光強度有明顯變化。在其偵測器前具有空間濾波器，亦即物鏡與針若是收斂光(如圖5所示)，則B孔的存在，因此共焦顯微鏡得以利用針孔阻擋部分的光入射稜鏡的角度小於臨界來自非焦平面上的光，也就是可以利用針孔降角；A部分的光入射稜鏡的角度大於臨低雜訊的強度，故進入光偵測器之光強度大小界角，則會造成部分光溢出，即IA＞與物體是否在焦平面上有關，如圖2所示，因IB則IA-IB＞0；反之，若為發散光(如此，經偵測器所測的光強度大小，可以決定物圖6所示)則B部分的光入

8、射稜鏡的體表面高低起伏之情況。角度大於臨界角;A部分的光入射稜鏡的角小大於臨界角，其光強度則IA＜2.2臨界