本发明涉及对置于近场中的物质所吸收或衍射的光进行精密光谱分析的方法以及利用这种方法的扫描光学显微镜。 对辐射到要研究的物质上的电磁波进行光谱分析的技术在很大程度上取决于电磁波的波长，同时，也随着要研究物质的性质，即有机物还是无机物而改变，而且对分析结果的解释也不同。尽管如此，在本专利申请的申请人至今为止所了解的所有光谱技术中，还没有一种技术使同一目标地显微技术和光谱技术同时达到10毫微米的分辨率。甚至很难找出几种对传统光学和电子显微镜的改进使之能在被研究的物质中或其表面测定特殊结构，从而利用例如物质对辐射在其上的电磁辐射的微分吸收特性测定特殊结构（用偏振光显微镜，在紫外荧光区观察，选择观察有标记的晶粒……）。
在电子显微技术领域，我们还可提到电子探针显微分析方法（主要是Castaing显微探针）。然而，这种方法主要用于导电物质的研究，或者是能够金属化并置于高度真空中的物质的研究（金相学研究或探测非放射性晶粒中的矿物凝石作用）。
如果某种物质不能被金属化或者需要进行“自然条件下的实验”研究，则无论是电子显微技术、光学显微技术或是任何光谱技术都不能取得精密结果，即高精度地同时获得该物质的形貌，光学特性（对生物或薄样品）以及光谱学特性。
本发明的目的是找出一种改正上述种种蔽端办法，它提出一种对透明或反射物质进行光谱分析的方法，这种方法能高效率地同时进行这些物质的光学显微分析和光谱方法，而显微分析和光谱分析的分辨率可达10毫微米。
所谓“透明物质”是指在所考虑的光谱由是透明的，而“反射物质”是指在所考虑的光谱内，其表面是有反射性的。
因而，本发明涉及一种对置于近场中的透明和/或反射物质所吸收或衍射的由第一电磁辐射传输或反射所产生的光进行精密光谱分析的方法，该方法的特征在于：在所述近场上和/或与第一电磁辐射同时射向所述物质的第二电磁辐射上进行精密光谱分析，所述分析涉及到所述近场的成分或与所述物质相互作用的所述第二电磁辐射的成分。
此外，利用近场扫描显微镜，可将近场用于建立所述物质的几何和/或光学轮廓。
因此，本发明的主要目的是实现一种对物质进行精密分析并能同时由反射给出该物质的几何轮廓和/或传输出光学轮廓（即确定等于厚度与光折射率之积的精密的光程）的方法。
应当注“近场”的特点是电磁场在其通路上要发现的障碍物附近的效应，即在小于其波长10倍的距上的所述效应。所述的障碍物可以是电磁场源，一个开孔，一个表面等，因而在透射和反射中都可观察该近场效应。
根据该方法的第一实施方案（本发明的目的），光谱分析涉及到第一电磁辐射通过反射或透射产生一个近场，该近场也用于实行所要研究物质的近场光学扫描显微技术。
根据该方法的实施方案的第一变形，近场是在一短暂场中由在光纤型端部的透明光学探针局部产生的受抑短暂场，所述消失场是第一电磁辐射在一透明物体如棱镜的一个表面上的全内反射产生的。
根据所述方法的实施方案的第二变形，所述近场是在反射中引导的，该反射由来自一光纤波导端部的第一电磁辐射在一反射面上的反射而产生的，该反射的辐射又被所述端部捕获并在所述波导中传播。
当然，这两种变形是互不相容的，第一种变形涉及一受抑短暂场的透射显微技术，而第二种变形涉及引导的近场反射显微技术。在下文中，将会提到这两种扫描光学显微技术的原理，这样将易于理解这些显微镜所利用的电磁辐射的同步光谱分析法。
根据该方法的第二实施方案（本发明的目的），光谱分析是关于在第一电磁辐射通过透射或反射产生一近场的同时辐射到一要分析的透明和/或反射物质的复合电磁辐射的分析。该近场也用于在所述物质的透射或反射中进行扫描光学显微研究。
根据第二实施方案的第一变形，复合电磁辐射被射向要分析的透明和/或反射物质上，以使所述复合辐射不存在于近场结构中。
就此，根据要研究物质是透明还是反射或同时具有这两种特性，可以考虑第一种变形的几种情况;一方面可以在透射或反射中进行光谱分析，另一方面可通过透射或反射进行其近场光学显微分析。
根据第二实施方案的第二种变形，将复合辐射射向要分析的透明和/或反射物质，以使复合辐射存在于近场结构中。
此外，第二种变形还有两种次变形;
近场是在透过一种至少透明的物质的产生的受抑短暂场，因此在透射中进行精密光谱分析。
近场是在一至少是反射的物质上的反射中产生的引导近场，因此在反射中进行精密光谱分析。
在这两种次变形中，可在受抑瞬态场中利用透射，或在引导近场中利用反射进行近场扫描光学显微分析，这取决于该物质至少是透明的还是反射的。因此，当要研究的物质是透明的而且是反射的时，可认为这两种显微技术没有区别。在进行玻璃或生物样品研究时，这是很常见的情况。
首先，我们要回忆一下在受抑瞬态场中透射扫描光学显微技术的原理，这将引出对于受抑瞬态场的精密光谱分析的优点。
而后，我们将提到引导近场反射扫描光学显微技术的原理，这将使对引导近场进行精密光谱分析的优点变得更明显。
因此，先回记受抑瞬态场扫描光学显微技术，关于这种技术的描述可在一篇用英文写的发表于1989年1月1日的物理学评论（Physioal Review B）第39卷，第一册，第767-770页上的文章中找到。
将一束单色光射到一透明物体例如棱镜的一个面的下面（“透明物体”指在所考虑的光谱范围内是透明的）。选择光束的入射角大于表明折射系数为n1的透明物体和折射系数为n2的外界介质之间的界面特性的临界角，这样，光束经过全内反射并在所述表面上产生一个短暂场（该场传输的平均能量为零）。
将一个如光纤尖端的光探针放在所述表面上方，所述尖端通常是一个细尖，但我们下面将看到，尖端并不限于这种结构。由于光探针在短暂场中的存在，平均能量不为零的电磁波可从透明物体到达所述探针，并在光纤的另一端被感测到，通常我们说探针破坏了暂短场，并称这种场为被破坏的短暂场。这一场的场强随探针和棱镜表面间的距离而呈指数变化。可以利用感测场强的直接外推来精确测量这一距离，也可以借助于在此场强上加一高灵敏度反馈把该探针维持在一恒定距离上。
而后，如果在受抑瞬态场中，即在光束全反射发生的表面上放一透明物质，该物质的光学轮廓将逐点修正透射到探针的瞬态波的结构，因此，瞬态波的波前被空间调制。通过使所述探针横向扫描透明物质，以空间的三个方向记录其移动，并记录其光学形貌（相应于其光学轮廓）。其横向和纵向分辨率可达大约10毫微米。
最后，如果想分别知道厚度和折射系数，就需要进行另一测量以在图象中区分出厚度引起的信号部分和折射系数引起的信号部分，为此，我们可以遵循本申请人的另一法国专利申请89-14 289（申请日1989年10月31日）的内容，该申请的题目是：“利用瞬态场扫描光学显微技术获得的透明物体的光学影像的鉴别光谱技术及利用所述方法的静态场扫描光学显微镜”。
显然，这样一种显微技术能够提供有关一透明物质的精密形貌和光学信息。根据本发明，光探针，如一尖端光纤，还可用于获取所述物质的精密光谱信息。就此，可考虑两种情况：
a）可以直接分析光探针扫描所研究物质的表面时所获联的辐射。受抑瞬态场的这种辐射比单一的瞬态辐射要强，并且可用常规的光谱分析仪进行研究。此外，虽然这种受抑瞬态场的波长不必适应要求的光谱技术的类型（通常要操作一被破坏短暂场扫描显微镜，要利用由一氦氖激光器发射的6328的辐射，因为 样一种光源很普通并且价格不贵），在这种情况下获得的光谱信息使得能够检测一个复合透明物质的这些精细的不均匀性。
b）也可以分析与第一辐射同步射到光学轮廓正被测量的透明物质上的一复合电磁辐射。根据所用电磁辐射的性质，也可进行几种分析，而且我们所获得的有关物质的信息取决于这种辐射的光谱成分的波长。适于每种辐射的光谱分析方法本身是众所周知的，本发明的目的不是对所有方法进行描述。此外，人们很容易理解，所述复合电磁辐射最能展示一受抑的复合瞬态场的结构。一个复合的非瞬态场的相反情况将在下面描述。
在精密光谱分析方法（本发明的目的）实施方案的透射过程中的这些变形的意想不到的优点主要是由于所分析的辐射的瞬态特性的结果，也是光探针破坏方式的结果。事实上，根据一个受抑瞬态场的光学显微镜建立的已知的和基本的特点，到达光探针的辐射几乎全被其远端获取，这是由于受抑瞬态场的结果造成的，所述场随光探针在要分析的透明物质表面上的距离而指数地减小，或随探针在放有所述物质的透明物体的表面上的距离而指数地减小。
因而，在光探针为细的透明尖状物时，并且实际上承认该尖状物的顶部呈半径为R的环形时，具有R/10半径的球形幅获取约90%的辐射。这表明，虽然尖状物是完全透明的，并且没有覆盖上用于限定一个显微开孔的不透明沉积物，尖状物获取瞬态场的立体角不大，因此，它是一个具有很强方向性的光探针。
在这种情况下，探针不是一细的透明尖状物，而是由一个芯径很小的光纤端组成的受抑瞬态场的积分表面也很小，（这种结构直到本发明完成时才使用），由于衍射现象也很小，这种光探针也具有很强的方向性。这后一种情况也将被作为根据本发明的精密光谱分析方法实施方案的反射变形。下面将看到这种结构的其它优点。
与显微技术相同，用于透射中的近场光谱技术也有方向性。由于目前的光谱技术用于衍射最好的缝或显微孔，这种技术是相当新的。
现在说明一下波导近场反射扫描光学显微技术的原理。该原理可在本申请人的法国专利申请号89-11 297（申请日1989年8月28日）中找到，该申请的题目是：“利用波导作为探针的反射近场显微镜”。
由一基本上单色的光源发出的电磁辐射在一个诸如光纤的波导中传播，在靠近该波导端部的输出处，其特征保持为一引导辐射，其结构与一适当的传播模式相符。
不考虑其在空气中传播引起的色散，该辐射在一反射面上反射后仍保持一适当的传播模式结构。这样，我们就可以谈论一个色散的引导传播模式。
被所述表面反射的电磁辐射而后又被波导端部（以后称“光探针”）获取。该光探针可被做成尖状，但一般是一光纤的伸长端。在这方面，我们知道可用一熔化/拉伸工艺来获得一光纤，其端部有一直径很小的芯（一般500毫微米）。
被光探针获取的反射辐射而后又在波导中传播。其性质从而导致在耦合的色散引导传播模和所述波导的适当传播模间建立电磁耦合。人们已知，呈现这样一种结构的辐射强度随光探针端部和反射表面间的距离而迅速减小。因此，就有一个近场区，由于电磁辐射两次与一波导耦合的这一特性而产生的场被称为“反射引导近场”。还应注意，该场不象所述近场那样是短暂的，它根据经典的衍射规律传播。
这样一个场的强度随光探针与反射物质表面间的距离而快速变化（在多数有利的情况下，这种变化基本上是指数的）。因此，利用感测强度的直接外插能非常精确地测量这一距离，也可控制探针的垂直位置以获得一个恒定强度的运行。
-而后，通过利用探针横向扫描反射物质，在空间的三个方向上记录这些移动，从而建立其几何形貌。水平分辨率可达几十毫微米，而垂直分辨率可达几毫微米。
结果是波导近场反射扫描光学显微技术确定能够提供一个反射物质上的精密形貌信息。
根据本发明，光探针也可用于获取所述物质上的精密光谱信息。
从而，利用近场扫描显微镜控制所述光探针（例如光纤尖端形）和要研究的反射物表面间的距离。
利用这种方法，我们就可选择此距离，这样，来自一个波导端部的，被射向一反射表面而后又被该端部获取的并在波导中继续传播的电磁辐射就呈现出一个快速减小反射引导近场的结构。
因此，在从一引导近场反射中进行的精密光谱分析可以具有很强的方向性并且能从同类显微技术中观察到的分辨率中受益。
最后，还有一点很重要，这就是这种精密光谱分析也可以是关于同等地用于波导近场扫描光学显微技术以及为此目的射向要检查的反射物质的一复合电磁场上的第一电磁场的分析。在最后一种情况下，辐射性质是波导近场，它能够在所有的光谱宽度上观察到，条件是要考虑这样一个依赖于其波长的场的强度的指数特性。
因此，可以清楚地得出，反射波导近场强度的快速减小确实能获得那些与透射中被破坏短暂场强的指数衰减有关的同样的优点。这些优点不仅与近场显微技术有关，而且和在近场中进行的任何精密光谱分析有关，即方向性，约为十分之一到几十毫微米的水平分辨率以及显微技术和光谱技术的同时性。
最后，还有一点应注意，近场强度随波长快速地或指数地变化。我们将会看到这一受抑瞬态场和反射引导近场中的常见特性带来的好处。
光谱分析方法（本发明的目的）的实施方案的其它优点和特点在下面参照附图对几个变形的描述以及利用这几种变形的近场描光学显微镜的几种形式中变得更明显。
图1是常规被破坏短暂场传输扫描光学显微镜的示意图;
图2是常规引导近场反射扫描光学显微镜的示意图;
图3是利用本发明精密光谱分析方法第一实施方案的第一变形的受抑瞬态场扫描光学显微镜的实施方案的第一种形式的示意图，它包括一个光纤光耦合器和一光谱分析仪;
图4是利用本发明精密光谱分析法第一实施方案的第二变形的引导近场扫描光学显微镜的实施方案的第一种形式的示意图，它包括二个光纤耦合器和一个光谱分析仪;
图5是利用本发明精密光谱分析法的第二实施方案的第二变形的第一次变形的受抑瞬态扫描光学显微镜的第二种方式的示意图，它包括一个光纤光耦合器，一个辅助辐射源及一个光谱分析仪;
图6是利用本发明精密光谱分析法的第二实施方案的第二变形的第一次变形的引导近场扫描光学显微镜的第二种形式，它包括两个光纤光耦合器，一个辅助辐射源和一个光谱分析仪;
图7根据本发明精密光谱分析法的第二实施方案的第二变形的第二次变形的引导近场扫描光学显微镜的第三种形式，它包括三个光纤光耦合器，一个辅助辐射源和一个光谱分析仪;
图8是根据本发明光谱分析法的第二实施方案的第二变形的第二变形的引导近场扫描光学显微镜的第三种形式，它包括两个光纤光耦合器，一个辅助辐射源和一光谱分析仪，该图的主要部分还包括所述方法的进行反射的一个变形。
在附图中，各变形中相同的部分同用相同的标号表示。此外，这些附图只是功能图，各部件间比例关系不是真正的比例关系。
根据图1，首先说明常规受抑瞬态场透射扫描光学显微镜。它包括：
-一个半柱形或半球形棱镜类型的透明物体1，它具有至少一个水平表面2以便能够支撑一个要获得其光学轮廓的透明物质3。为获得良好的观测，一般在表面2和物质3之间引入一种折射率液体（或折射率匹配体）。
-电磁辐射源4最好是单色的氦氖激光器或氩激光器。源4发出的光束以大于全反射角Qc的角θ被射向表面2的底部。临界角θc根据透明物体1的光折射率，n1和与表面2直接接触的介质的折射系数n2按下式确定（n2小于n1）;
θc＝arc Sin（n2/n1）
-一个聚光装置，例如聚集镜头5，使来自源4的光束在进入半柱形透明物体1之前聚焦，半柱形棱镜是聚光的，它对于获得一个平行于表面2的入射光也是必要的。此外，光束的直径是以照亮表面2，从而置于该表面2上的透明物质3上的场强值是恒定的。
-一个作为光探针的细的透明尖状物6被置于紧靠表面2。尖状物6由一个光纤7的尖端构成。由于光束在透明物体1内部的全反射，在表面2上折射率为n2的介质中有一瞬态电磁场，这样，如前面所解释的那样，尖状物6使1瞬态场受抑，其强度精确地表示出尖状物的端点与入射光全反射的表面的距离。
-一个光探测器8，用于测量由尖状物6所形成的受抑瞬态场的强度，该场在光纤7中传播到端头7a并由一适当的光学器件9耦合到光探测器8。
-计算机10，装有必要的测量接口（图1中未示出），能够记录并处理光探测器8传来的场强值。在获得透明物质3的精确图象的最佳情况下，与计算机10相连的反馈电路11保证该强度值与参考值的比较以便根据两个值间的差通过一个压电管型垂直毫微米级定位装置反作用于尖状物6的垂直位置由于受抑瞬态场随尖状物6到场发射平面的距离而指数减小，这种控制是很灵敏的。
此外，计算机10通过电路11控制尖状物6在表面2和透明物质3上的横向扫描。为此，通常，最好利用一个四象限压电管12，例如由一种对热膨胀几乎不敏感的材料制造的压电管PZT型（5H），其实这种压电管12能用于垂直或水平移动尖状物6。记录尖状物6移动的计算机10使其能建立透明物质3的光学轮廓。
在相应的图2中，我们现在将描述一种常规的光导近场扫描反射显微镜。
这种显微镜包括：
-一个支撑架101;它至少提供有一个水平面102，以承托一个要对其几何轮廓进行测量的反射物体103。
-一个电磁辐射源104;一般是单色的、氨氖激光器或氩激光器类型的辐射源。这种源也可以是一种窄带场致发光二极管或一种激光二极管。
-一种光纤光耦合器113;这种光耦合器属于公知种类中的耦合器，它通过两根例如由硅制成光纤的熔合/牵引实际耦合，这样，它具有两个输出传输通路113a和113b以及至少一个实际上由光纤7构成的输入传输通路。源104发出的辐射由一个适当的光学装置105耦合到输出光通路113b，然后再传播到光纤7的端头，在此光被照到反射物体103上。画出了所述端头以表述一个直径很小的芯部C，该端头构成了一个针式光探头106。我们由115示出光耦合器113的熔合区115。
-一个光探测器8;它通过一个适当的光学装置9连接到光耦合器113的输出传输通道113a。这一光探测器的用途是测量由反射物体反射的辐射在光纤7中，继而在传输通道113a中传播后得到的引导近场的强度。
-一台计算机10;它配备有必要的测量接口（未由图1示出）並能够记录和处理光探测器8测到的强度值。为了获得反射物体103的准确成像，最好的情况是加一个与计算机10连接的反馈电路11来保证该强度值与一个参考值之间的比较，从而通过一个诸如压电管12的毫微米垂直定位装置量根据两个值的差别对光区106的垂直位置作出响应，由于引导近场随光探头106到反射物体103的表面的距离呈指数下降，这一控制仍然十分敏感。
我们现在将描述作为本发明目的精密光谱分析方法的第一种实施方案。应当提醒的是，在所述过程的这一实施方案中，光谱分析是关于由透射或反射产生一近场的第一电磁辐射，这一近场还被用于对要研究的物体进行一种近场光扫描显微技术分析。
即，这一情况从名称上与拉曼（Ram an）效应光谱相对应。这一效应基本上可以通过电磁光谱的可见场观察到。值得提出的是这种显微技术是物理学最有成就的领域之一，因为它与红外光谱技术相联系起来可以记录物体的，即一个透明物体3透射时的或一个反射物体103反射时的所有振动和转动光谱。更广义地，要研究的物体可以是透明的或有反射的生物样品型的。人们也已知道，如何在短时间内、在一个专用分光光度计上记录全部所关心的光谱范围。这一可能性也被用于根据本发明第一实施方案的光谱分析过程。
还应当注意的是如果现有的拉曼光谱技术能把被观察的物体的大小减小到由光的衍射所限定的物理极限则采用根据本发明的第一实施方案原理的精密光谱分析方法可以使这些极限进一步降低。的确，如前所述，近场分光技术在反射与透射中都有极强的方向性，因此根据本发明这种技术是在非常小的立体角内进行的。
由于拉曼效应也是激励辐射非弹性散射效应，因此得到的拉曼光谱往往分布在其中心波长不很宽的范围内。这种激励辐射，根据本发明的第一实施方案，对应于来自源4的透射和来自源104的反射发出的辐射。因此，取决于这一辐射波长的对近场强度迅速下降的影响可以忽略。在任何情况下都可以认为如此。从已知的一种受抑短暂场和一种反射引导近场的强度表达得到的光谱可以根据该表达式与所依赖的物理参数的关系得到修正。
根据本发明过程的这种第一实施方案的第一种变形，对一个是置于透明体1的表面2上的至少3的光谱分析是根据透明体1透过的並照向所述表面2的下侧的部分电磁辐射来实现的，这一辐射还被用于所述物体3的受抑短暂场的显微分析。
根据图3，一个应用这一变通方式的受抑短暂场扫描光学显微镜实施方案的第一种形式，除了参照图1已经提到的元件外，至少包括一个光纤耦合器13和一个光谱分析仪14。
光耦合器13是公知类型的，它由两根例如石英光纤的熔/拉而熔合制成。
按照本发明，光纤7形成了耦合器13的一个输入传输通道。用来作为光探头的精细透明的尖端6则是通过对所述光纤7的端部进行化学浸蚀来制成的。这种石英光纤的削尖技术已是公知的了，它包括将此光纤的端部浸入HF类酸液槽中浸泡数十分钟。用这一方法得到的尖端6其直径不超过100毫微米，其尖端的轮廓是半球形的。
光耦合器13可以从光纤7中，重新获得透过透明物质3、由尖端6获得的受抑短暂场的100%强度。
在光耦合器13的熔合区域15范围内等于上述强度的（100-X）%的部分被耦合进第一输出传输通道13a，通道13a的端部本身通过光装置9耦合到光探测器8。按照这一方法，已知量（X）（根据耦合器13的构造）和由耦合器13引起的衰减量，就可以容易地按常规方法来操作受抑短暂场扫描显微镜;然后把光探测器8接收到的强度的一部分-即对应于辐射源4所辐射的短暂场强的（100-X）%，进行反馈。
在熔合区域15处，由透明物体3传输的受抑短暂场强度的一部分（X）%被耦合到一个耦合器13的第二输出传输通道13b;通道13b本身又通过一个光学装置16耦合到光谱分析仪。这个光谱分析仪14为一台拉曼光谱仪或一种称为“Microdil”的显微探针;由于其高敏感性，这种探针可以对很弱的辐射进行分析。
这样，在这种精密光谱分析过程（本发明的目的）的第一实施方案的这一变通方式中，通过物体3传出的辐射是一种受抑短暂场，选用了一个光耦合器13来提供足够大的X值（如X＝90）从而，发自传输通道13b的辐射亮度仍能使光谱分析仪14在最佳条件下工作;因此拉曼光谱仪的敏感性是一个优点。光探测器8所接收到的强度受益于这一光探测器8或同类器件如光电倍增管所提供的放大。当然，还可以在其它的耦合条件下工作。
根据本发明的过程的第一实施方案的第二种变通方式，近场是一个反射的引导近场。它是由一个至少能反射的物体103对发自类似光纤7的波导端头106的第一电磁辐射的反射产生的。反射波再由所述端头106获得並继而在所述波导中传播。这一辐射还通过所述物体103的反射用于引导近场显微技术。
根据图4，采用第二种变通方式的引导近场扫描光显微的实施方案的第一种方式，除了参照图2已经提到的元件外，还包括一个光纤光耦合器121和一个光谱分析仪14。
光纤光耦合器121的设计与前面所表述的特别是光耦合器113的设计是相同的。它具有至少一个输入传输通道121a和两个输出传输通道121b和121c。通道121a连接耦合器113的传输通道113b。通道121b连接一个前面已提到过的，基本单色的辐射源104。最后，传输通道121c通过一个适当的光学装置16连接一台光谱分析仪14。光耦合器121的熔接区域用122表示出。
实际构成光耦合器113的一条传输通道的光纤7的端头引出形成一个带有细芯C的光探头106。
接下来，对于参照图4描述出的显微镜，辐射源104发出的电磁辐射经过一个光耦合器121，然后经过光耦合器113进行传送直至射到物体103，在由为此目的匹配好的光探头106重新接收到以前该辐射在这个物体上被反射回去，这一在反射中具有引导近场结构的辐射传送到光探测器8;光探头106的垂直位置的控制，以及进一步的物体103的轮廓测量通过反馈电路11和压电管12得到保障。
同时，引导近场通过一个光耦合器113和光耦合器121传送到光谱分析仪14。从物体3的反射得到的精密光谱数据与同一物体反射得到的轮廓测量数据同时被记录下来。为了这一目的，光谱分析仪，如一台拉曼分光仪，根据图4未示出的图与计算机10连接。
两个光耦合器113和121的耦合当然要选得能够获得反射的拉曼光谱并且要尽可能的透明，而同时在光探测器8上保持有足够的强度。
我们下面将描述根据本发明的精密光谱分析过程的第二个实施方式。应当提醒的是，在所述过程的第二个实施方式中，光谱分析涉及到复合电磁辐射，在第一电磁辐射通过反射光的传输产生一个近场的同时。该辐射被照射到待分析的透明及/或反射物体上，这一近场还用于完成所述物体在透射或反射中的扫描光学显微测量。
用这种方式，我们可以得到被研究物体的很宽的光谱而不仅仅是围绕用于显微的基本单色辐射波长周围的不变的光谱分布。
第二实施方式本身有两种主要变通，这取决于我们选来将复合辐射导向进行研究的透明及/或反射物体的方式。
的确，在第一种变通中，有可能对一复合辐射进行光谱分析，其光谱成分没有近场的结构。这种变通最接近传统的光谱分析技术。其分析结果受到衍射的局限，但却得益于这样的事实，即由于显微镜的近场操作，光探头近似地固定。因而，这已经是对所述的现有技术的重大改进。由于还同时完成显微测量，所以通过这种精密光谱分析得到的信息可以与这些技术相联系的全新的方式进行解释。
在这一变通中注意这一点十分重要：即由反射或透射得到的光谱数据並没有由于近场对其波长的依赖性而掩盖了强度差。因此，不用对由与研究的谱范围所适应的光谱分析仪得到的那些数据进行修正。
还有，如已述及的那样，用近场光扫描显微镜，除了它提供的被研究物体的成像外，还被用来作为一个近似的传感器。这一近似可以降低复合电磁辐射进行精密光谱研究所注重的物体表面的尺寸。
根据本发明的精密光谱分析过程的该第二实施方案的第二变通中，与第一变通相对照，我们设法为复合辐射的光谱成分提供近场的结构;如以上互已表示的那样，这一情况有利于获得与近场显微结果相同的光谱分辨率而不受衍射的任何限止。
在这种情况下，由于近视场的强度取决于其波长，复合电磁波的每一个光谱成分都将以其直接依赖于本身波长的强度传递到光探头：这样，对应于波长为λ1的光谱成分的近场的强度将不同于对应波长为不同于λ1的λ2的近场的强度。
还有，各光谱成分在穿过至少是透明物体3时或在至少是反射物体103上反射时将经过不同的吸收或散射。正是这最后的因素十分有趣並且应当用光谱技术测量出来;但是这一因素被上面提到的现象引起的强度差别所掩盖。然而，知道了取决于其波长的近场强度的足够精确的表示式时，这一不便就可以通过在利用光谱分析得到的结果时进行补偿计算而被消除。
应当注意，根据本发明的精密光谱分析过程的第二实施方案的第二变通方式也涉及拉曼光谱学。复合近场与待研究的透明及/或反射物体相互作用，然后用拉曼光谱仪通过扫描进行研究，对于拉曼光谱仪，进行测量的是不变的散射现象而不是吸收现象或变化的散射（窄带光谱可调节的）。
我们现在将描述作为本发明目的精密光谱分析过程的第二实施方案的第二种变通方式中的第一个子变通方式
在这第一子变通方式中，用于光谱分析的近场是一种复合受抑瞬态场。这就是说对于一个至少是透明的物体3做光谱分析是根据一部分透过物体3的复合电磁辐射进行的，所述的复合电磁辐射照到透明体1的表面2的下侧从而产生全内反射並在该表面2的顶部产生一复合受抑瞬态场。
根据图5和图6，这种复合辐射来自辐射源17。
这个辐射源17可以是任何通常用于进行光谱分析的那种类型的源，我们根据情况在热辐射源与放电灯之间进行选择;的确，本发明的一个特别有趣的优点在于光纤7（石英光纤）的节止频率位于紫外区的180毫微米。而辐射最短波长的氢或氘弧光灯，覆盖范围为170毫微米至350毫微米;光纤7可以允许传送这种辐射中的大部分。用同样的方式，一个玻璃封装的白炽灯覆盖的光谱范围包括从300毫微米至2.5微米，因此这种灯发出的一连续（或者说复合的）辐射可以在光纤7中传送。石英光纤7的使用不具有局限性，特别是我们知道的塑料纤维和蓝宝石纤维，它们具有不同的传送光谱“窗口”或者对也可在石英光纤中传送的电磁波表现出较小的衰减。
另外，由于要研究的物体3的透明性，其光学轮廓可以在透射中测量;因此这种第一变通方式的建立可以由一个受抑瞬态场显微过程（图5）来实现。在非常普遍的情况下物体3也有反射（即如生物样品），其几何轮廓可以在反射中测出;这样，这种第一变通方式的建立可以由引导近场显微镜来实现（图6）。
根据图5，采用本发明的光谱分析过程的第二种实施方案的第二种变通方式的这种第一变通子方式仍受抑瞬态场扫描光显微镜的第二种实施方式，除了包括参照图3已经提到的元件外，还包括至少一个辐射源17，一般是连续的，即是复合的。
通过一个光学系统18，来自辐射源17的复合辐射与发自源4的电磁辐射进行光学混合並沿同一光路传播;因而，它在透明体1的表面2的下侧受到一次全反射，然后在表面2的顶侧产生一复合瞬态场，这个场可以被透明的细端光探头6探测到。
应当注意的是光的汇聚装置，如对来自辐射源4和7的辐射在其进入透明体1之前进行汇聚的聚焦透镜5以及光学系统18一起几乎是消色差的。的确，只要考虑的透明物体3，对应的两种辐射光束在所述物体1中应当是平行传送的，以得到几乎是恒定的场。
已参照图3描述过的光耦合器13可以重新获得来自光纤7中的穿过透明物体3並由尖端6探测到的瞬态场的强度的100%。-等于场强的（100-X）%的部分在耦合器13的熔合区15处耦合进第一传输通道13a，这一通道13a的端部通过光学装置9耦合到光探测器8上。还有，类似干涉滤波器的光滤波器19可以把用于显微测量的专用电磁辐射隔离开。通过这一方式，由于已知（X）（根据耦合器13的构造）和由耦合器13引起的衰减，可以容易地使受抑瞬态场扫描显微镜以一种常规的方式工作。然后对光探测器8接收到的部分光强，即对应于发自辐射源4的瞬态场的强度的（100-X）%部分，进行反馈。
-在熔合区15，透过透明物体3的瞬态场的强度的一部分（X）%被耦合进耦合器13的第二传输通道13b。通道13b本身通过一光学装置16耦连光谱分析仪14。这一光谱分析仪可以是一台摄谱仪、分光仪或一台光谱仪;对后面的这种情况，穿过透明物体3的复合受抑瞬态场的光谱可以用计算机10控制的高速相机进行记录。
由于穿过物体3的辐射是受抑瞬态场，我们选用具有足够的X值（如X＝90）光耦合器13，这样保持发自传输通道13b的复合辐射亮度可以使光谱分析仪14在最佳条件下工作。光探测器8接收的辐射强度（即（100-X）%），由此保证受抑瞬态场显微镜的进行，受益于光探测器8或其同类设备如光电倍增管所提供的放大。
从物体3的透射中得到的精密光谱数据与正从同一物体3的透射中得到的光学轮廓数据同时被记录下来。光谱数据还要被修止，以将近场进一步削弱复合受抑瞬态场的光谱成分强度的效应考虑进去。
我们现在将根据图6来描述采用精密光谱分析过程（本发明的目的）的第二实施方案的第二种变通方式的第一子变通方式的一种引导近场扫描光学显微镜的一个第二种实施方式。这一显微镜的主要部分包括的元件与图4中所述的相同，只是这里基本由透明物体1构成的承托物体101与用于上面的图1，3和5中描述的受抑瞬态场显微镜中的承托物相同。以同样的方法，我们将承托受分析物体的水平面同样标为2或102。受测物体本身则将根据其所用的特性是透明还是反射来标成3或103。
辐射源7发出一种复合电磁辐射，它以一入射角Q照到承托物体1，101的表面2，102上，入射角Q大于临界入射角Qc，临界角Qc由承托物体1，101的光折射率n1和所述表面2，102上面的介质的折射率n2来得到。
与由一个半园柱棱镜型透明体构成的支撑体101相关的辐射源17基本与参考图1、3、5所描述的单色辐射源4的设置相同，在两种配置中，聚焦透镜5起的作用相同，它使的表面2，102下入照的辐射在承托物体1，101内平行地传播。
还有，注意到这一问题很重要：用来作为光探头106的光纤7的端部有一个直径很小的芯子C，它非常适于引导近场显微技术。另一方面，正如上面所解释的那样，最好把光纤7削尖成一细尖头6以将瞬态场限制在一个特殊点，然而考虑到呈E指数下降的受抑瞬态场（上面已给出更详细的说明）的优越的结构，也可以采用光探头106型的端部。因此，对于参考图6所述的显微镜，辐射源104发出的电磁辐射通过光耦合器121然后通过光耦合器113传送，直至照向物体103並在这里反射，然后由为此精确调整好的光探头106重新获得。然后，这种呈现出反射引导近场结构的辐射传送到光探测器8;光探头106的垂直位置的控制，以及进一步的物体103的轮廓测量的控制是由于使用了一个引导近场显微镜。在同一时间内，光探头106抑制了一个复合瞬态场，这个瞬态场是由在表面2，102的下侧对发自辐射源17的复合电磁辐射的内全反射产生的。然后，复合场通过光耦合器113和光耦合器121传送到光谱分析仪14。穿过物体3，103的精密光谱数据与来自同一物体103、3的反射中得到轮廓测量数据同时进行记录。光谱数据也要修正，以将近场对复合受抑瞬态场的光谱成分的进一步衰减效应考虑进去。
我们现在将描述根据本发明的精密光谱分析过程的第二实施方案的第二种变通方式的第二子变通方式进行叙述。在这种第二子变通方式中，精密光谱分析是在复合电磁辐射的反射中进行的，复合电磁辐射的光谱成分表现出引导近场结构。这就是说对于至少是反射的物体103的光谱分析是根据该物体103所反射的那部分由光纤7传送到承托物体101的表面102的顶部、从而在该点反射然后又被光探106所获得、从而又传入光纤7的电磁辐射来完成的。按照这一方法，如果光探头106至物体103的反射表面间的距离足够小，则在光纤7中传送的复合辐射的光谱成分会表现出良好的反射引导近场结构。
根据图7和8，这一复合辐射来自辐射源20。
辐射源20可以是任何用于完成光谱分析的常用类型的辐射源，根据情况可以在热辐射源和放电灯中进行选取。这一辐射源20与参照图5和图6所述的受抑瞬态场显微镜所用的辐射源17完全相同。
而且，考虑提供研究的反射出其光学轮廓的物质3可以在反射中得到测量;于是就可以在图7所示的引导近场显微镜中实现第二种子变通方案。
在很多情况下，物质103（即生物样品）也是透光的，其光学轮廓可以在传播中得到测量;于是就可以在图8所示的受抑瞬态场显微镜中实现建立第二种子变通方案。
按照图7所示，这是利用精确光谱分析方法的第二种实施方案的第二种变化的第二种子变通方案的近场扫描光学显微镜的实施图，该发明除了在图4中提到的部件以外至少包含一个复合辐射源20和一个光导纤维光耦合器23。
光耦合器23与光耦合器113和121设计相同，至少提供一个输入传播通道23a和两个输出传播通道23b和23c。光耦合器23按下面的方式置于光耦合器113和121之间。
通道23a在光耦合器113的输出端与通道113连接。
通道23b在光耦合器121的输入端与通道121a连接。
此外，通道23c连接于辐射源20，最后，我们在图中给出了光耦合器23的融熔区。
结果，在图7描述的显微镜中，从辐射源104发出大体上单色的电磁辐射，传播中通过光耦合器121，然后通过光耦合器23，最后通过光耦合器113直至物质103，在被适合该应用的光探头106接收以前在此处被反射。呈现引导反射近场结构的这种辐射一直传播到光检测器8;光探头106的垂直位置的控制和物质103的轮廓测量通过反馈电路11及压电管12得到确定。
同时，从辐射源20发出的复合电磁辐射通过光耦合器23，然后通过光耦合器113，传播到物质103，在被为此应用优选的尖端探头106接收前在此处被反射，于是此复合辐射的光谱组分呈现反射引导近场的结构。这些组分先通过光耦合器113，然后通过光耦合器23最后通过光耦合器121传播，一直到光谱分析器14。
从物质103反射中得到的光谱数据及光学轮廓尺寸数据同时被记录，为此目的，光谱分析仪14与计算机10连接，此结构在图7中未画出。
当然，三个光耦合器113，23和121的耦合是用来获得反射光谱。反射光谱要尽可能的明亮同时在光检测器8保持足够的强度。
最后，很显然，先前所述的三个耦合器23、113和121取得的效果并非作为一个限定的例子，这些耦合器如果方便可采用不同的排列布置。同样，在描述的结构中，将光谱分析器14和辐射源20的位置颠倒是很有趣的。在此方式中，复合引导近场在到达光谱分析器14前由于只通过两个光耦合器113和23而不是三个耦合器113，23和121，因此只是略微有些衰减。
按图8所示，所显示的是受抑瞬态场显微镜的第三套实施方案，它利用了该精确光谱分析方法的第二套实施方案的第二种变化的第二种子变通的方案，本发明的目的除了图3中提到的器件外，至少包含一个复合辐射源20和一个第二光导纤维光耦合器21。在参照图3和图5描述的受抑瞬态场显微镜中，光耦合器13能够重现在光纤7中的由透光物质3发出的并被尖端6捕捉的受抑瞬态场的100%的强度。然后，等于此强度（100-X）%的部分在第一耦合器13的熔融区耦合;通道13的末端本身通过光学器件9耦合至光检测器8。按此方式，得知（X）（通过构造光耦合器13）及由于耦合器13造成的衰减，很容易用传统的方法操作受抑瞬态场扫描显微镜;于是按照光检测器8接收的一定百分比的强度反馈得以进行，例如，对应于辐射源4发出的辐射，百分比为瞬态场的强度的（100-X）%。
另外，光耦合器13的第二输出传播通道13b连接于第二光耦合器21的输入传播通道21a。耦合器21提供了两个输出传播通道，如21b和21c分别耦合于复合辐射源20和光谱分析仪。按此方法：
-发自辐射源20的复合电磁辐射的强度的全部传播进入输出传播通道21b到达耦合器21的熔合区22。
-比值的（100-Y）%的此强度然后在光耦合器21的输入传播通道21a中传播并接下来进入耦合器13的输出传播通道13b。
-此强度的（100-Y）%的（X）%在光纤7中的耦合器13的汇合区耦合以便由透光的尖端6发射至被分析的透光物质3的表面。
-被所述表面反射的复合电磁场被同一透光尖端6捕捉并在光纤7中传播到达耦合器13的熔合区15。
-被透光物质3反射的复合场的强度的（X）%部分于是在光耦合器13的输出传播通道13b中耦合。然后在第二光耦合器21的输入传播通道21a中耦合。
-此强度的（X）%部分的（Y）%部分最后在耦合器21的熔合区22耦合进入与光谱分析器14连接的所述的耦合器21的输出传播通道21c。
最后，在耦合器13和21之间及耦合器21和辐射源20及光谱分析器14之间的光学连接通过合适的光学器件得到保证，这些在图4中未画出。
当然在光谱分析中要考虑到光耦合器13和21的耦合因子X和Y，因子X和Y是根据要分析的光谱场和光谱分析器14灵敏度选择的。
依照本发明的精神，当然也可使用不采用光耦合器如耦合器13和21的结构布置，例如提供半透光的光学平面玻璃的器件，其功能与其使用上是一致的，尽管增加一些困难。
注意到图6中显示的引导近场显微镜和图8中显示的受抑瞬态场显微镜是几乎相同这一点很重要。的确，如果我们想要研究一种既透光又反射的物质，如几乎所有的生物样品，这两种仪器可以提供互补的信息。
-其一是在反射中导向，物质的几何形貌按此方法得到测量，同时在受抑瞬态场传播中对其进行分析。
-另外是在传播中导向，所述物质的光轮廓按此方法得到测量，同时在导向近场反射中对其进行分析。
结果，这两种仪器可以结合成为一个单一的显微镜，这样做必须一方面将辐射源4和7放置一起进行光混合来传播，另一方面，将辐射源104和20按图7所示的方法或另外更传统的方法混合。而且，可以看到，透光的细微尖端6或光探头106都适用于两种仪器中的任一种。介于光纤端部7的两种实现的一种实现即能实现上述的单一显微镜。
这种显微镜为双向多价近场显微镜，依照本发明的方法可以在光谱分析中同时使用。
现在描述依照本发明的方法的最后一个特征。
的确存在这种情况，被要分析的物质透过的或反射的电磁辐射不能在光纤7中传播。根据本发明，此辐射于是反过来被至少一个放置在所述的光纤7的端部附近的辅助的显微探针捕捉。
在电磁辐射与所述物质相互作用时可能出现非弹性散射（inelastlc dlffusion）;在相互作用中也可能伴随次电子的发射。
此种效应的最重要之处在于所述辐射能量增加而波长由此缩短。
由于石英光纤的截止频率位于紫外区所以在利用传统光纤7布置的近场显微镜中对现象进行观察是困难的。
不管怎样，根据按照本发明的精确光谱分析方法的近场显微镜的附加特征，光纤7是一种荧光纤维。我们因此可选择X-射线荧光纤维。按此方法，可以由辐射源17或20在给定的光谱区域内发射较短波长的电磁辐射照到被研究的透光和/或反射物质上。
荧光量通常是很小的，辅助微探头是一种高灵敏度类型。在确定的例子中，整个显微镜系统被放入真空中，以延长短波长电磁辐射或由所述物质可能产生的次电子的平均自由过程。
辅助微探头可以装置到图3到图6介绍的任何一种近场显微镜上。它最好取决于与光纤7的端部的相同的水平和垂直的运动。为此，将其与毫微米定位装置如压电管12或辅助压电管作在一起，这些压电管通过计算机10和反馈器件11被同时控制。
很显然，无论是此精确光谱分析方法的实施还是利用这些实施方法的近场扫描光学显微镜都不被上面描述的或附图所表示的各种方案所限制;任何等同的方法或与本发明精神吻合任何相同类型的显微镜，等同于上述部件的技术部件都在此范围之列。
接此方法，从其它扫描显微镜如电子隧道效应显微镜生出的类型的类似的传感器也可用来保持波导的端部接近于近场区域中的反射或透光的物质;于是该物质的精确光谱分析将部分相同，但有可能不能同时得到同步的显微图象。
本发明具体地说更适于透光和/或反光物质的高分辨率光谱研究其光学轮廓借助于光学近场扫描显微镜例如受抑瞬态场传播显微镜或引导近场反射显微镜的帮助同时得到测量。