傅里叶红外光谱（FTIR）是材料表征的一种重要手段, 然而受限于光的衍射极限, 传统傅里叶红外光谱仪的极限空间分辨率在微米量级, 无法应用于纳米材料的表征。 纳米傅里叶红外光谱（Nano-FTIR）是一种新兴的超分辨光谱表面分析技术, 其以纳米级空间分辨率、 宽光谱范围和高化学灵敏性的特点在纳米材料表征研究中展现了巨大的潜力。 定性及定量的研究Nano-FTIR信号高空间分辨的来源和系统中光谱信号的提取过程, 可以为Nano-FTIR仪器的设计研发和样品光谱表征结果的解释提供重要依据。 该研究从典型的仪器结构和基本的工作原理出发, 在多物理场有限元分析软件COMSOL中建立了等效研究模型, 并对模型的重要细节和数值计算过程分别进行了说明。 在仿真研究中, 首先基于麦克斯韦电磁波理论计算了模型空间的电磁场增强情况, 再模拟了探针在介电常数差异巨大的两种材料交界处的“线扫”过程, 探讨了针尖近场增强信号的空间分辨率。 随后, 以探针与样品的散射功率为数值模型的研究对象, 仿真了探针“轻拍”对信号的调制和解调提取的过程, 并讨论了不同入射倾角和解调频率对光谱信号提取的影响。 最后, 为了验证模型的合理性, 仿真了20, 100和300 nm三种厚度SiO2薄膜样品在900～1 250 cm-1波数范围的光谱响应, 并将仿真得到的光谱与实测结果进行了对比。 结果表明随着样品厚度的增厚, 光谱信号得到相应的增强, 模型预测的谱图与实测谱图波形与波峰位置较为一致, 且与以往一些文献中采用针尖-样品间电场强度表示针尖处散射信号强弱的方法相比, 获得的谱图在峰形上更为接近。 提出的数值模型可用于Nano-FTIR光谱的预测, 此外, 模型也具有一定的通用性, 可以为其他基于散射型近场光学显微（s-SNOM）技术的太赫兹光谱技术和针尖增强拉曼光谱研究提供一定的借鉴。

纳米操作技术是实现纳米材料位移、排布、形变等操作的关键方法,也是一种“自下而上”制造性能优异的纳米结构及纳米电路的重要技术手段,同时也为新型纳米器件的研发提供了新思路。本文主要对基于扫描探针显微镜、电子显微镜的纳米操作技术以及光镊技术的研究进展进行了介绍及总结,简单阐述了三种操作技术的基本原理及特点,并在此基础上分析了不同操作技术存在的问题,介绍了几种典型的操作系统和操作策略的改进方法,进一步概括了三种操作技术在纳米材料测试及器件制造中的应用。最后针对三种操作技术的优势、适用范围以及目前仍存在的问题进行分析与总结,探讨了三种操作技术的适用范围,并对不同操作技术的结合进行了展望。

尝试对两类典型的光纤端集成等离激元探测技术的发展进行回顾与梳理,并结合作者的科研实践对本领域未来工作的重点和潜在价值进行讨论。第一类技术是在光纤的端平面集成等离激元谐振传感结构,尤其是等离激元微腔。这种器件既能够插进微量样品通过dip-and-read方式进行生物分子传感,也能够伸入狭小的空间进行超声内窥探测。未来,如何在秉持方便、快速核心价值的基础上,解决复杂样品中低含量分子检测的难题,是这类器件进入医学诊断和食品检验应用领域的关键;而如何大幅提高表面等离激元谐振传感器对声信号的灵敏度,是实现具有重要应用价值的光纤表面等离激元谐振水听器阵列的关键。第二类技术是在锥形光纤尖端集成等离激元天线探针。结合各种扫描探针显微技术,这种器件提供了对等离激元天线的高精度动态调控能力,及通过等离激元热点与样品的强烈作用进行高分辨扫描成像的能力。未来,通过对天线探针和可测量物理量的创新研究,有望进一步扩展可表征物理和化学现象的范围,显著提升表征性能。

提出了一种制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方案.该方案利用静态腐蚀过程中光纤所形成的特殊结构,及动态腐蚀过程中光纤在氢氟酸中的移动所带来的新月形弯液面在光纤表面接触位置的变化，通过合理控制腐蚀时间来制备尖端锐利、大锥角或多锥体角等各种结构的探针.设计方案采用计算机控制整个装置实现了探针制备过程的自动化，保持了腐蚀光纤探针实验条件的一致性.实验结果表明，采用此方案可以制备出尖端孔径小于100 nm且锥体角高达70°的光纤探针，且重复性高.此外，该方案的装置结构简单，实现容易.

扫描探针显微镜(SPM)作为一种广泛应用的表面表征工具，不仅可以表征三维形貌，还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸，在许多学科均可发挥作用.以纳米材料为主要研究对象，综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术，包括扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)和近场扫描光学显微镜(SNOM)等方法, 展示了这几种技术在纳米材料的结构和性能方面的应用.

为实现压电微动工作台的快速准确运动定位,研究了其运动定位模型。压电工作台的运动定位精度主要受工作台动态特性和迟滞特性的影响,在介绍这两类典型特性模型及其适用范围的基础上,提出了能够同时体现压电工作台动态特性和迟滞特性的动态迟滞模型,并给出了采用Prandtl-Ishlinskii (PI)迟滞算子的动态迟滞模型参数辨识途径。以TRITOR100型压电工作台为例进行实验研究,结果表明:当压电工作台在30 μm的定位范围内以±900 V/s的输入电压速率进行快速运动定位时,动态迟滞模型的模型精度比以往常用的线性动态模型和迟滞模型有较大提高,其平均误差为0.16 μm,最大误差为0.38 μm,为高性能运动定位工作台控制系统的设计提供了模型基础。

针对扫描探针显微镜中扫描图像显示的大小与实际大小存在较大误差，提出了基于图像处理和人工神经网络标定的方法。经过图像处理提取标准光栅图像的特征矩阵，用人工神经网络训练特征矩阵和真实矩阵，用于预测扫描图像实际施加在x，y轴的电压值。应用于某原子力显微镜的标定软件中，使扫描图像的x－y表面失真度从7．2%降至2．44%。

综述了扫描探针显微镜(SPM)系统中显微镜主体部分的各种结构方式,分析其优缺点,对新型SPM的设计提供了参考。

综述了扫描探针显微镜在激光纳米加工技术上应用的最新进展,介绍了纳米结构的形成机理。