扫描近场光学显微技术(Scanning Near-field Optical Microscopy,SNOM)是上个世纪80年代发展出的一种新的基于扫描探针的光学显微技术,与传统的光学显微技术相比,SNOM能够突破光学衍射极限,此外基于与光谱、时间分辨等技术相结合,实现多种物理机制的纳米成像,今天SNOM已经成为对生命科学、化学、物理等领域的纳米尺度探测的重要方式。本文围绕SNOM技术的系统搭建进行了研究,包括反馈系统、多数据通道的同步和软件设计,以及该系统在量子点样品上的应用。本文首先在绪论部分回顾了扫描近场光学显微术的原理和发展历程,并对其研究现状进行了分类探讨,并介绍了近场光学的基础内容。第二章讨论了激光共聚焦扫描光学显微技术的基本原理,及其作为近场光学显微系统的重要部分的优势,研究并开发了共聚焦显微系统的基本功能和模块,包括:扫描、信号探测、对硬件的控制和同步的软件设计。第三章中讨论了 SNOM系统搭建的细节,为了实现最终的多物理场近场光学显微系统,研究了带有反馈控制的扫描近场光学显微技术。首先利用石英光纤作为探针,并将高品质因数的石英晶振作为灵敏力学传感器,测量探针与样品的相互作用,以提取样品的细节信息。石英晶振经过激励产生振荡的电流信号,并通过前置放大器和锁相放大器进行放大,前置放大器将晶振输出的10-10-10-9A的电流信号跨阻放大约几百万倍,达到毫伏的量级,锁相放大器能够提取石英晶振传感器的振幅与相位信息。然后运用比例-积分-微分(PID)反馈技术与纳米位移台实现纳米尺度内石英光纤探针与样品间作用力与距离的稳定控制,从而配合扫描系统实现纳米结构样品的形貌扫描测量。在软件控制方面,我们设计并编写了完整的基于LabVIEW的控制程序,采用“生产者-消费者”结构模型完成对石英晶振的激励、扫频与寻峰,获取石英晶振共振信号,并配合PID反馈控制完成自动地进针、扫描、采集数据的功能,通过软件编程将这些功能集成化,实现对整个设备的控制。最后利用该自搭建的软硬件集成系统对1 μm的光栅样品进行了扫描测试,完成了光栅的形貌成像,通过软件实现了对系统的稳定控制。在此基础上,第四章在扫描近场光学系统中加入了光谱与荧光寿命的探测。为了探测荧光时间寿命和光谱信息,研究了时间标识时间分辨(TTTR)模式数据采集的方式,以及光谱仪和电荷耦合器件(Charged Coupled Device,CCD)相机的探测与控制。一方面将CCD相机作为探测器,将其与光谱仪连接,在AFM扫描的同时同步采集样品每个采集点的光谱数据;另一方面将单光子探测器与光子计数模块连用,也在AFM扫描的同时同步采集样品每个采集点的光强与时间寿命数据。利用“生产者-消费者”的软件结构开发了扫描同步的策略,利用计数器读取扫描台输出的两路同步脉冲信号,再通过软件控制采集样品每一个点的光谱及时间寿命的数据采集、图像显示、数据保存等后续功能。自主开发一套LabVIEW语言进行编程的软件,实现上述扫描、同步、数据采集与处理等功能,并利用该系统对铯铅溴和硒化镉量子点样品进行荧光寿命和光谱的扫描成像,可以清晰地通过光谱信息区分两种量子点。该系统能够实现对同一样品的形貌、荧光时间寿命、光谱等多项信息的探测。综上所述,我们搭建了一套多功能的扫描近场光学显微系统,该系统能够实现对样品的形貌、光强、荧光时间寿命、光谱信息的测量,为多个领域提供了一个强大的纳米尺度探测工具。而且该系统拥有模块化的设计,使其灵活开放,为后续在系统上添加光力、热、磁等物理信号的测量通道提供了方便。