扫描近场光学显微镜中两类光纤探针传输特性的研究

采用局域模式耦合理论，对扫描近场光学显微镜中的两类光纤探针－腐蚀锥和熔拉锥的传输特性进行了比较和分析。给出了光在探针锥中传输时耦合效率的分布情况，以及传输效率随锥长，针尖直径和光波长变化的特性。     

用时阈有限差分方法研究光纤微探针近场分布特性

采用三维时间域有限差分（FDTD）方法研究了扫描近场光学显微镜中光纤微探针的近场分布特性,研究结果表明,锥形裸光纤探针的近场光中,以从探针锥变区侧面泄露的光即传播场为主,当在探针的侧面镀上一层金属膜对于从侧面泄露的光具有较好屏蔽效果,因而比裸光纤探针具有更好的空间束缚能力,无论是裸光纤探针还是金属膜探针,入射偏振光从针尖出射手发生了退极化现象,近场分布中产生与入射光偏振方向垂直的其它两个电场分量,而且金属膜探针的退极化分量对近场分布的影响比裸探针显著得多,如果在近场成像中接收退极化分量而不是总场则可以提高近场成像的对比度,还详细地分析了微探针的近场分布特征与退极化之间的关系。     

制备扫描近场光学显微镜光纤探针的自动化腐蚀方法

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.     

扫描近场红外显微镜光纤探针的腐蚀制法

红外光探针是扫描近场红外显微镜(SNIM)中的关键部件,由于探针的种类和材料不同,制作的方法也不同.一般制作光纤探针有两种方法,即热拉伸法和化学腐蚀法.这里叙述了一种化学腐蚀方法,介绍了怎么去除砷硒碲中红外光纤的聚酰胺表层和硫化硒夹层,以及芯层腐蚀成针尖状的具体方法和过程,并对短锥针探针制法进行了探索.最后用此探针在近场范围内探测了氮化镓样品的自由电子激光(FEL)反射谱. 关键词： 扫描探针显微镜(SPM) 近场红外扫描显微镜(SNIM) 光纤探针     

光纤锥探针传输特性的研究

本文采用局域模式耦合理论，对两类光纤锥探针－腐蚀锥和熔拉锥的传输特性进行了比较和分析，得出了光在探针锥中传输时耦合效率的分布情况，以及传输效率随锥长、针尖直径和光波长变化的特性。     

扫描近场光学显微镜的原理与有源光纤探针

 传统的光学显微镜是以光学透镜为主体,利用透镜能将物体放大成像的功能而制成的。一般地,单级透镜能将物体放大几十倍,级联使用可达到千倍以上。制造放大倍数更大,分辨率更高的显微镜系统将遇到许多不可逾越的技术上的困难。从根本上说,光的衍射效应限制了光学显微镜进一步提高分辨率的可能性。     

近场光学虚拟光探针的数值分析

虚拟光探针是基于近场光学隐失场干涉原理产生的一种非实体探针，可以应用于近场光学超高密度存储、纳米光刻、近场光学成像、光谱探测、纳米样品的近场光学操作等领域。本研究采用三维时间域有限差分（FDTD）方法对近场光学虚拟光探针的光场分布特性进行了数值模拟计算和比较，分析了孔的形状、大小及偏振态等因素对虚拟光探针光场分布的影响，研究结果表明虚拟光探针的通光效率较普通的纳米孔径光纤探针提高10^2-10^4倍；其光场分布的中间峰的半峰全宽（即虚拟光探针的尺寸）在一定距离范围内基本保持不变，从而可以解决近场光学系统中纳米间距控制的难题，避免光学头与介质的磁撞。优化虚拟光探针的设计参量能有效的抑制虚拟光探针中的旁瓣。文章还给出了应用虚拟探针实现高密度光存储的原理方案。     

扫描近场光学显微镜光纤锥中导波反射特性

利用局部模耦合模型理论上分析了扫描近场光学显微镜光纤的光场性质,给出光纤维中存在的正,反向传播的基模场微分方程,以及基模反向耦合系数的数值计算结果,其最高反射系数达１％左右。这种反射光可起着光纤维激光器谐振腔输出端镜的作用。     

影响近场光纤探针传输效率的若干因素

近场光学技术在高分辨率成像、光谱探测和纳米加工等领域有广泛应用,而光纤探针是其中一个关键部件.如何提高光纤探针的传输效率是近场光学技术应用中的一个重要问题.本文采用三维时域有限差分方法,计算了锥形有孔探针的传输效率,分析了锥角、针尖孔径、波长和金属层厚度等因素对光纤探针传输效率的影响,并比较了裸光纤探针和有金属涂层的光...     

纳米尺度的光学成像与纳米光谱———近场光学与近场光学显微镜的进展

近场光学是指当光探测器及探测器－样品间距均小于辐射波长条件下的光学现象．利用近场光学扫描显微镜和近场光谱仪，不但能够以突破衍射极限的超高分辨率在纳米尺度实现光学成像，而且还可获得纳米微区的光谱信息．文章介绍近场光学的原理及其在凝聚态物理领域中的应用与进展，并给出了我们的初步结果     

照明模式SNOM中样品对近场光场分布的影响

在同时考虑样品的形貌及材料光学参量和入射光偏振模式的情况下,利用基于边界元方法编写的二维矢量电磁场计算程序,对工作在照明模式下的扫描近场光学显微镜（Scanning Near-field Optical Microscope,SNOM）的近场矢量电磁场分布进行了数值计算模拟研究.结果表明,在没有表面形貌特征时,探针的光能量透射率随样品材料的折射率和损耗角的增加而增大,而样品表面光斑尺寸受折射率和损耗角的影响很小;对有形貌特征的探针扫描像研究结果表明,SNOM的分辨率随着样品的折射率和损耗角的增加而提高;对SNOM不同的工作模式的扫描成像信号进行的计算结果表明,恒定间距扫描方式比恒定高度扫描方式对样品表面的细节有较强的分辨能力.     

Fabrication and Evaluation of Silica-based Optical Fiber Probes by Chemical Etching Method

A sensor probe with a microstructure, which is used for near-field scanning optical microscopes, plays an important role in the resolution and detection sensitivity of the microscope system. In this study, we devised a system for sharpening optical fibers, by which we could fabricate tapered tips of silica-based optical fibers reproducibly in a desired shape by controlling the solution temperature, etching time, and etching depth when applying chemical etching techniques using hydrofluoric acid. Furthermore, we evaluated the diameter of the core tip of an optical fiber by measuring the near-field pattern and comparing it with the Gaussian beam pattern of a non-edge-etched optical fiber. A strong correlation between the ratio of the 1/e²-value width of the beam profile of the near-field pattern to that of the Gaussian beam and the diameter of the extreme tip of the core became apparent. © 2005 The Optical Society of Japan     

Sensitivity analysis of scanning near-field optical microscope probe

In this paper, we study the dynamic modes of a scanning near-field optical microscope (SNOM) which uses an optical fiber probe; and the sensitivity of flexural and axial vibration modes for the probe were derived and the closed-form expressions were obtained. According to the analysis, as expected each mode has a different sensitivity and the first mode is the most sensitive mode of flexural and axial vibration for the SNOM probe. The sensitivities of both flexural and axial modes are greater for a material surface that is compliant with the cantilever probe. As the contact stiffness increases, the high-order vibration modes are more sensitive than the lower-order modes. Furthermore, the axial contact stiffness has a significant effect on the sensitivity of the SNOM probe, and this should be noted when designing new cantilever probes.     

Effect of the Taper Shape upon Transmission Efficiency of Fiber Probes for Scanning Near-field Optical Microscopy

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｎｅａｒｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＮＯＭ）ｈａｓａｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔｅｎｔｉｏｎｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｕｌｔｒａｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏ...     

Transmission Properties of the Femtosecond Pulse Through a Near-field Optical Fiber probe

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｕｌｔｒａｆａｓｔｐｕｌｓｅｓｃａｎｎｉｎｇｎｅａｒ ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｔｅｍｐｏｒａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｎｅａｒ ｆｉｅｌｄｓｐｅｃｔｒａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ,ｗｈｉｃｈｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｒｏｍｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｃａｎｎｉｎｇｎｅａｒ ｆｉｅｌｄｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ (ＳＮＯＭ )ａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｆａｓｔｐｕｌｓｅ,ｈａｖｅａｔｔｒａｃｔｅｄｇｒｅａｔｉｎｔｅｒｅｓｔ[1～ 3] .Ｔｈｅｓｅｔｅｃｈ…     

Transmission Properties of the Femtosecond Pulse Through a Near-field Optical Fiber probe

The experimental results are given on the broadening characteristics of the time and frequency profile of the femtosecond pulse passed through a SNOM fiber probe. The power threshold for the spectral and temporal broadening was 158 μw for pulses with 250 fs width and the repetition rate of 250 kHz at 830 nm wavelength. The time broadening reached lps for 250 fs incident pulse of 500 μw. A finite-difference time-domain (FDTD) simulation was carried out to illuminate the transmission properties of ultrafast pulse through the SNOM probe. The broadening influence on temporal resolution spectrum and near-field fluorescence excited by two-photon technique are discussed.     

用数值方法分析微孔激光器出射光的近场特性

微孔激光器作为应用于近场光信息存储系统中的一种新型光源，它的出射光斑的近场特性对于近场光存储是十分重要的。针对纳米孔径运用角谱进行Fox-Li数值迭代，得到不同孔径微孔激光器的基模光强分布，然后运用二维非线性时域有限差分法分析微孔激光器出射端即微孔金属膜的近场光学性质，模拟计算了不同孔径和厚度的微孔金属膜的光强近场分布，从应用于近场光存储的角度，给出反映其近场光学特性的相关数据。发现由于TM模式下金属存在局域表面等离子增强效应，使得其出射强度比TE模式高一个数量级，从而更适于作为实际中近场光存储系统和原理试验的光学头。     

近场光学显微技术

本文在介绍近场光学显微镜原理的基础上，对近场光学显微技术进行了一定深度的探讨，并着重研究了纳米级探针的制作和纳米级样品与探针间距的控制这两个近场光学显微技术中的关键问题，说明了近场光学显微探针的工作方式，阐述了近场光学成像的衬度类型，介绍了近场光学显微技术在多个领域的应用。在参考大量国内外最新研究成果的基础上，提出了一些个人的见解。