Photonische Kraftmikroskopie: Oberflächenuntersuchungen mit optisch gefangenen Sonden

Die Vermessung von nanostrukturierten Oberflächen hat in verschiedenen Bereichen von Forschung und Technik große Bedeutung. Unterschiedliche Messverfahren sind bereits etabliert, wie z. B. die Rasterkraftmikroskopie (AFM). Bei der photonischen Kraftmikroskopie wird ein optisch gefangenes Bead als Sonde verwendet. Die Sonde wird in die Nähe der Oberfläche gebracht und ihre Auslenkungen relativ zum Fallenzentrum werden durch Back-focal-plane-Interferometrie auf wenige Nanometer genau in 3D bestimmt. Bei dieser Form der Interferometrie wird das Interferenzmuster aus dem ungestreuten Licht des Fanglasers und dem an der Sonde gestreuten Licht mit einer Quadrantendiode mit Raten bis zu 1 MHz gemessen. Phasenstörungen aufgrund von Oberflächen-Reliefs können bei der Auswertung der Positionssignale kompensiert werden. In der optischen Falle können Kraftkonstanten eingestellt werden, die bis zu 1000-fach sensitiver sind als typische Federkonstanten eines AFM. Aufgrund dieser sehr weichen Führung der Sonde, können weiche Proben untersucht werden, ohne diese zu zerstören. Durch die berührungslose Manipulation der Sonde ist es möglich, auch Oberflächen innerhalb von Kavitäten zu untersuchen.