光子扫描隧道显微镜

介绍光子扫描隧道显微镜的物理基础，成像原理和应用。     

左右手系材料界面处全反射行为的特性

基于电磁场理论，推导了左右手系材料界面处发生全反射时的物理特性，分析了相位变化情况.提出利用左右手系材料构成周期性结构，观测全反射时介质中隐失波干涉的实验设想，并从理论上计算了干涉条纹的分布. 关键词： 左手材料 负折射率 全反射 隐失波     

(FD)~2TD计算金属表面场增强

本文首次利用依赖于频率的时域有限差分法(FD)2TD来计算隐失波激励下金属粒子表面的场增强。首先,利用(FD)2TD计算了三维球形银粒子的表面场增强,与国外文献[11]中用不同方法对此问题的计算结果进行了对比,结果较为相符,说明我们自己编写的(FD)2TD程序是可信的。然后,利用此程序计算了在全内反射条件下,处于介质板上纳米尺度边长的正三角形银粒子表面的场增强,给出了该正三角形银粒子三角端点存在场增强的所谓"热点"并给出了该处的场增强值随样品距离的变化曲线。     

光子飓风——具有光子横向轨道角动量的时空涡旋

众所周知,光子具有沿传播方向的线性动量。光子的线性动量在光与物质的相互作用中具有重要的作用。光子与物质的动量交换可以产生光压。2018年获得诺贝尔物理学奖的光镊技术基于微纳米颗粒对光子动量改变产生的光场梯度力。光子也具有沿传播方向的角动量,包括与圆偏振相关的自旋角动量和与涡旋相位关联的轨道角动量。近年来,研究表明在高数值孔径聚焦光场和隐失波光场中存在垂直于光束传播方向的光子横向自旋角动量[1]。那么是否存在垂直于光束传播方向的光子横向轨道角动量呢(图1)?我们最新的研究给出了肯定的答案,成果发表于《自然—光子学》[2]。     

轴向隐失波激励的回音壁模式光纤激光器

采用轴向隐失波激励增益的方式,使激光增益区域局限在光纤回音壁模式的模场区域内,显著地降低了回音壁模式光纤激光辐射的抽运阈值,由此形成一种低阈值的回音壁模式光纤激光器.在微焦耳量级的低抽运能量条件下,用回音壁模式光纤激光器研究了激光染料的浓度效应.实验结果表明,随着激光染料浓度的增加,回音壁模式激光辐射的波长向长波方向移动,激光波长范围变宽.用回音壁模式染料激光的四能级模型得到激光上能级和所有能级上的分子数比值γ(λ)曲线后,很好地解释了实验结果.低抽运阈值的回音壁模式光纤激光器,为研究液体激光现象提供了极为便利的手段.     

入射光的偏振特性对全内反射荧光显微术中荧光激发的影响

基于麦克斯韦的电磁场理论，研究了在全内反射荧光显微术中不同偏振态的入射光所产生的 不同偏振的隐失场以及对不同取向的荧光分子荧光发射的影响.理论分析结果表明，p偏振的 入射场将产生椭圆偏振的隐失场，s偏振的入射场将产生s偏振的隐失场.随着荧光分子三维 取向的不同，这两种隐失场的激发荧光效率也将不同，由此引起荧光发射强度的各向异性分 布.据此特性，可以实现对膜表面分子三维取向的成像. 关键词： 全内反射 荧光显微术 隐失波 偏振态     

Direct Measurement of Evanescent Wave Interference with a Scanning Near-field Optical Microscope

Evanescent wave interference is studied theoretically and experimentally. The interference patterns were directly measured with a scanning near-field optical microscope. The acquired image of the interference pattern is clear and has better contrast than that previously acquired with a photon-scanning tunnelling microscope or lasertrapped particles. The spatial period of the interference fringes is 180 nm, which agrees with the theoretical value. The results indicate that the probe of the scanning near-field optical microscope has a resolution beyond 100nm. The relation between the evanescent field intensity and the distance is also measured. When the separation between the probe and the interface is up to 18Ohm, the intensity can decrease to 1/e of the maximum.     

光子扫描隧道显微镜球形样品二维近场强度分析

采用时域有限差分方法计算全内反射和光子扫描隧道显微镜系统。光子扫描隧道显微镜的基本工作原理是隐失波的产生和探测，当入射光在两种介质的分界面上发生全内反射，并在界面处产生非辐射的电磁波——隐失波时，采取对两界面入射光进行分别设置的方法即“三波法”设置入射激励元。分别计算一个球和两个球形样品的近场分布，并计算散射小球为探针，一个球为样品的扫描图像。结果表明：采用二维时域有限差分方法计算能较直观地显示样品表面的近场分布。表明时域有限差分方法在光子扫描隧道显微镜理论研究中具有很大潜力。     

扫描近场拉曼显微镜中“热点”处场增强的数值模拟(英文)

在本文中我们提出了一种近场扫描光学拉曼显微镜的数值模型,其中,用一个银粒子来模拟扫描尖,一个薄的银膜层来模拟样品的衬底。我们模拟了这种模型在p极化的隐失波的照射下,其热点处的场增强。通过变化银粒子的半径,银膜的厚度以及银粒子与银膜之间的距离,我们得出了产生最强场增强的三个参数     

离焦系统下的单分子三维取向研究

提出了一种新思路来确定单分子的三维取向,在全内反射荧光显微成像的基础上,在显微镜的油镜上加一个水层,水和油的折射率不同造成光程差,产生离焦,利用全内反射产生隐失波激发了单分子的纵向分量,并在探测器前增加了一个分光镜,把光路分成偏振方向相互垂直的两束光,使得探测器上的光场分布包含单分子三维取向的信息。推导了隐失场激发的偶极矩光场在探测器上的光强分布表达式,通过分析偏振方向相互垂直的两束光在探测器上的不同的强度分布,来判断单分子偶极矩的三维取向。