TERS的光学耦合有透射和反射两种不同的模式,而反射模式又分为“顶部”和“侧向”两类耦合配置,两种配置各有其优缺点。
如图所示为透射型同轴倒置显微镜配置,它最适合于测量透明样品,这种配置可以使用包括油镜在内的高数值孔径(NA)的物镜进行共焦拉曼成像。样品以上的自由空间可以用于扫描探针显微镜 (SPM) 实验,包括原子力显微镜 (AFM)、扫描隧道显微镜 (STM) 以及其它常用SPM模式;可以在空气中、液体或其他特殊环境中进行测试。
这种配置可以同时进行SPM和共焦拉曼成像的测试,在光路中加入偏振,可以实现对透明样品的TERS实验。
正置显微镜配置也可以同时进行SPM和拉曼光谱,包括TERS测试,需要使用倾斜的针尖和较高数值孔径的物镜 (最大数值孔径0.7)。
SPM成像需要选择对应的针尖,共焦拉曼光谱可以配备高数值孔径的物镜(NA高达0.95),两者可以在同一个位置同时测试。这种配置优化用于高分辨的同区域测试,而且通过对应的针尖用于TERS测试。
侧向激发模式是专为针尖增强拉曼实验设计的,可以使用多种不同的SPM探针分析不透明样品。
该配置集成了一个数值孔径可以达到0.7的长工作距离物镜,物镜轴线即入射光的方向与样品所在水平面呈60 度角,覆盖了最佳的TERS的激发角度。物镜以此角度把激光入射到针尖上,尖的轴向和激光的偏振方向平行,同时由于排除了扫描探针悬臂的阴影的影响,可以确保最佳的收集效率。
这种配置为不透明样品的TERS成像作了很多的优化设计,它也可以同时进行AFM和共焦拉曼成像。但是这种配置结构从几何学上来说限制了远场空间分辨率,而要想获得较好的远场空间分辨率,最好是采用正置显微镜垂直入射配置。
集顶部、侧向、底部的光学耦合配置:
HORIBA科学仪器部的原子力—拉曼系统集这些不同的光学配置于一身来满足多种应用需求。例如,双端口配置既有专为TERS优化的侧向激发,还有适合于高分辨远场光谱成像的顶部激发,从而为高性能的同区域测试以及不透明样品的TERS测量提供最佳的优化配置方案。
另一种双端口系统集成了上、下照明和倒置方式,无论透明还是不透明样品,都可以在此系统上进行TERS测量以及同区域测量。
最后,三端口配置系统把所有可能的配置都集成在一个平台上,提供最通用的系统和最佳的性能。