Конфокальный рамановский микроскоп Confotec NR500

Технические характеристики Confotec NR500:

• Спектральный диапазон регистрации рамановских сигналов, см^-1: 30 — 6000 (зависит от длины волны лазера возбуждения);
• Спектральное разрешение, см^-1: 0,25 (решётка 75 штр/мм Эшелле);
• Чувствительность: регистрирует 4-ый порядок в рамановском спектре кремния за 1 минуту накопления сигнала;
• Режимы сканирования:              
  • Fast mapping: сканирование лазерного луча по поверхности неподвижного образца с помощью XY гальваносканера;
  • Перемещение образца с помощью XY автоматизированного стола микроскопа относительно неподвижного лазерного луча;
  • Комбинированный режим для получения панорамных изображений с высокой скоростью и высоким пространственным разрешением: XY сканер (Fast mapping) + автоматизированный стол микроскопа.
• Максимальное поле сканирования в режиме «Fast mapping», мкм: XY 150 х 150 (с объективом 100х);
• Время регистрации 1-го кадра 150 х 150 мкм в режиме «Fast mapping», с.: 3 (количество точек 1001 х 1001);
• Компьютерный контроль: полная автоматизация.

Оптический микроскоп

• Тип, модель (могут быть использованы другие типы инвертированных или прямых микроскопов): инвертированный Nikon Ti-S или прямой Nikon Ni-U;
• Стол: автоматизированный, диапазон перемещения 114 х 75 мм, точность (1 мм перемещения) 0,06 мкм, XY воспроизводимость ± 1 мкм, минимальный шаг 0,02 мкм;
• Микрообъективы: 100х NA-0,95, 40х NA-0,75, 20х NA-0,50 и другие;
• Z-сканер: пьезосканер, диапазон перемещения объектива 80 мкм, минимальный шаг 50 нм, воспроизводимость < 6 нм;
• Видеокамера высокого разрешения: цифровая цветная ПЗС-камера, сенсор 1/2″, 2048 x 1536 пикселей, АЦП 10 бит со скоростью 12 кадров/сек;
• Ввод лазерного излучения: трёхпозиционная автоматизированная турель.

Оптико-механический модуль (ОММ)

• Оптика, оптимизированная для спектрального диапазона: 325 — 1050 нм (UV-VIS-NIR), 400 — 1100 нм (VIS-NIR);
• Ввод лазерного излучения: трёх- и пятилучевой входной порт;
• Ослабитель лазерного излучения: автоматизированный узел с нейтральным фильтром переменной плотности 0-3D;
• Поляризатор (канал возбуждения) и анализатор (канал регистрации): призма Глана-Тейлора (автоматизированный узел);
• Расширитель пучка лазера: автоматизированный вариотелескоп, коэффициент увеличения 1.0 – 4.0^x;
• Позиционер фазовой (λ/2) пластинки: автоматизированный трёх- / пятипозиционный;
• Позиционер рамановских фильтров: автоматизированный трёх- / пятипозиционный;
• Позиционер интерференционных фильтров: автоматизированный шестипозиционный;
• Позиционер предпинхольного объектива: автоматизированный трёхкоординатный (X, Y, Z).

Монохроматор-спектрограф с компенсацией астигматизма MS5004i

• Оптическая схема: вертикальная;
• Фокусное расстояние, мм: 522;
• Увеличение: 1.0 вертикальное, 1.0 горизонтальное;
• Вертикальное пространственное разрешение, мкм: <20;
• Размер плоского поля, мм: 28 х 5;
• Рассеянный свет: 1 х 10^-5 (на расстоянии 20 нм от линии лазера 633 нм);
• Узел дифракционных решёток: автоматизированная турель на 4 решётки;
• Спектральное разрешение (эффективное, FWHM), см^-1: 0,25 (решетка 75 штр/мм Эшелле, длина волны 500 нм), 0,7 (решетка 1800 штр/мм, длина волны 532 нм), 0,5 (решетка 1800 штр/мм, длина волны 633 нм);
• Входная спектральная щель: автоматизированный конфокальный пинхол, плавно регулируемый от 0 до 1.5 мм;
• Выходная спектральная щель: автоматизированная, плавно регулируемая от 0 до 2 мм;
• Порты: 1 входной, 2 выходных;
• Переключение выходных портов: автоматизированное выходное зеркало.

Спектральная камера для спектрографа

• Размер фоточувствительного элемента, мкм: 12 x 12;
• Размер фоточувствительного поля (длина x высота), мм: 24,576 x 1,464;
• Область спектральной чувствительности, нм: от 200 до 1100;
• Охлаждение с температурной стабилизацией: двухступенчатое элементом Пельтье до -45°С;
• Разрядность АЦП камеры (аналого-цифрового преобразователя), бит: 16;
• Чувствительность: 1 фотон на 1 отсчет АЦП (на длине 650 нм);
• Динамический диапазон: не менее 10 000;
• Тип: цифровая ПЗС камера (по согласованию с Заказчиком возможно использование камеры 1024*256 пикселей, 126 мкм, с BackThinned или Front-Illuminated типом сенсора с охлаждением до -100 °C).

Модуль скоростного сканирования X, Y

• Сканеры: гальванометрические сканеры зеркал (X, Y);
• Режимы сканирования: растровый скоростной и старт-стопный;
• Точность позиционирования, нм: 30;
• Сканируемая площадь, мкм: 150 х 150 (с объективом 100Х);
• Скорость сканирования скоростного режима: 3 сек/кадр 1001 х 1001 точек.

Модуль конфокального лазерного микроскопа

• Позиционер предпинхольного объектива: автоматизированный трёхкоординатный (X, Y, Z);
• Конфокальный пинхол: автоматизированный конфокальный пинхол, плавно регулируемый от 0 до 1.5 мм;
• Детектор: Hamamatsu Photosensor module H6780-01.

Лазеры

В последние годы конфокальный лазерный сканирующий микроскоп (LSM — Laser Scanning Microscope) стал широко признанным исследовательским инструментом в различных областях науки и промышленности. LSM применяется в биологии и медицине преимущественно с использованием флуоресцентных методов. Другая важная область применения конфокальных лазерных сканирующих микроскопов — это материаловедение, где очень часто строится изображение с высоким контрастом и пространственным разрешением в отраженном лазерном свете. Четкие конфокальные изображения обеспечивают эффективный путь обнаружения дефектов в полупроводниковых материалах. В обычной микроскопии получение изображения объекта происходит одновременно для всех точек образца. В противоположность этому в конфокальном микроскопе образец облучается поточечно и так же поточечно измеряется результат взаимодействия лазерного света с облучаемой поверхностью образца. Для получения информации о всём образце лазерный луч сканируется по образцу с помощью гальванозеркал. Главной конструктивной особенностью конфокального микроскопа является наличие конфокального отверстия, обычно называемого пинхолом (pinhole), расположенного в плоскости, сопряженной с плоскостью промежуточного изображения, а значит и с плоскостью объекта микроскопа. В результате этого детектор микроскопа может регистрировать только тот свет, который проходит через пинхол. Принцип конфокального микроскопа показан на рисунке. Из приведенной схемы видно, что пинхол блокирует свет, рассеянный от образца из плоскости Z2, при этом регистрируется спектр исключительно из плоскости Z1, фокальной плоскости. Только сфокусированные и идущие по оси световые пучки достигают детектора, а внеосевые и несфокусированные пучки блокируются, таким образом ограничивается глубина детектирования объема образца. Поэтому конфокальный микроскоп способен получать изображение тонких оптических слоев, слой за слоем, фокусируясь в глубину образца вплоть до 80 мкм. При определенных условиях толщина такого слоя может составлять менее 500 нм.

Принцип работы конфокального микроскопа

Преимущества конфокального лазерного микроскопа по сравнению с обычным микроскопом очевидны. Это способность собирать рассеянный образцом свет из маленькой исследуемой точки внутри достаточно большого образца. При этом не только значительно возрастает осевое разрешение, но и улучшается поперечное разрешение. Подавляется мешающая флуоресценция и уменьшается рассеянный свет. Все это повышает качество и контраст изображения каждого тонкого оптического слоя и позволяет получить трехмерное изображение, которое содержит информацию о пространственной структуре объекта.