PSTM成像的FDTD数值模拟

尝试用时域有限差分法(FDTD)分析采用不同探针时光子扫描隧道显微镜(PSTM)成像的分辨率和效率。对四种探针,即不镀膜,带菱形金尖,镀金膜有孔径,镀金膜无孔径的探针,用二维p极化波,满足全反射条件,并用样品台上方平行于界面的隐失波作为等效入射波源,用探针距离尖顶一定高度截面的玻印亭矢量计算散射场强。数值模拟结果表明,带纳米尺度金尖的探针具有最好成像的分辨率和效率,镀膜无孔径和镀膜孔径探针次之,不镀膜探针最差。     

镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道扫描显微镜成像数值模拟

利用时域有限差分法,对镀纳米结构薄膜光纤探针的成像特性进行了三维数值模拟。在考虑光纤和样品相互作用的基础上,采用等效入射波法设置入射波和等高扫描。从成像分辨率和灵敏度的角度比较了不同纳米颗粒与样品间距、纳米颗粒大小、排列方式以及排列密度对成像的影响。结果表明,镀纳米结构薄膜光纤探针的光子隧道显微镜无论在制备的可行性上,还是在分辨率和灵敏度上都有显著的改进。     

光学仪器 眼镜、放大镜、显微镜、望远镜

TH742／／TN253 2005043153 PSTM孔径光纤探针的FDTD数值模拟=Numerical simu- lation of metal-coated aperture fiber probe based on finite- difference time-domain method[刊,中]／简国树(大连理工大学物理系,辽宁,大连(116024)),李岩…／／激光杂志,- 2004,25(6),-49-50 用二维时域有限差分法,讨论了光子扫描隧道显微镜 (PSTM)中入射波的入射角、样品探针间距以及镀金膜孔径光纤的结构参数如膜厚、孔径宽度对成像的分辨率及灵敏度的影响;研究了镀不同金属膜的孔径光纤的分辨率与灵敏度,并与无镀膜有孔径光纤进行比较。图4表2参10 (于晓光)     

探针尖带金属微粒的光子扫描隧道显微镜成像数值模拟

引入了色散介质的时域有限差分法散射场方程,并针对光子扫描隧道显微镜的带金属尖光纤扫描成像问题进行三维的数值模拟。在考虑了光纤和样品相互作用的情况下,采用等效入射波法设置入射波,探针扫描模式为等高扫描模式,从成像分辨力和灵敏度的角度,比较了不同入射角、不同的光纤一样品间距,不同金属类型,及不同金属尖大小的成像情况。数值模拟结果显示,带金属颗粒光纤探针尖的光子扫描隧道显微镜在成像分辨力和灵敏度上有显著的改进,而带不同类型金属颗粒情况下对分辨力影响不大,灵敏度是银最好。     

基于纳米光学天线的扫描近场光学探针研究

提出了一种基于纳米光学天线的新型扫描近场光学探针,基本结构是在传统光学探针的下端面集成金属偶极纳米光学天线,当入射光照射金属纳米偶极天线时激发金属表面等离激元共振,在天线间隙处产生了巨大的局域场增强,既提高耦合进入探针的光信号强度,又提高信噪比,实现高分辨率。利用时域有限差分(FDTD)法研究了不同孔径(50,100,130,150,170和200 nm)的新型探针对同一样品的探测结果。照明光源为830 nm平面波,TE极化,扫描高度10 nm。研究结果表明新型探针分辨率随孔径增大时变化规律是先增加后减小,在孔径150 nm时分辨率最高,达45 nm,比同样孔径传统探针分辨率提高近4倍。对比分析了当探针位于样品中心时不同孔径探针端面光场分布图,认为新型探针分辨率变化规律是纳米天线在探针上的有效长度不同所致。对其灵敏度和对比度也进行了初步分析。     

扫描近场光学显微镜探针与光场相互作用的分析

采用时域有限差分方法对镀金属膜光纤探针在近场光探测中对光场产生的扰动和相互作用过程进行了数值分析。选择纳米孔径的隐失场光场和镀金属膜光纤探针建立了近场光探测的理论模型,讨论了探针孔径尺寸、扫描高度等因素对光场探测的影响,以及测量光场与初始光场之间的关系等。研究结果表明,当探针孔径尺寸与待测纳米孔径尺寸相当,探针扫描高度在接近探针孔径尺寸的一半时,测量得到的光场分布数据能够准确描述初始光场分布。     

超越SNOM探针通光孔径尺寸的金属纳米间隙超分辨测量

采用电磁场有限元方法,数值模拟了孔径型扫描近场光学显微镜(aperture Scanning Near-field Optical Microscopy,a-SNOM)在照明模式下的工作过程.针对金偶极天线结构,改变天线长度和纳米间隙尺寸,计算了a-SNOM探针孔径的远场辐射速率随探针端面中心坐标变化的扫描曲线,实现了超越a-SNOM探针通光孔径尺寸的天线金属纳米间隙的超分辨测量,对于100nm通光孔径的探针,可分辨最小尺寸为10nm(0.016倍波长)的金属间隙.通过对比金属和介质偶极天线的a-SNOM探针远场辐射速率测量的计算结果,表明天线金属纳米间隙的超分辨测量的实现是由于金属间隙表面等离激元的激发.     

基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像

本文结合近场扫描结构和纳米线-微光纤耦合技术,提出了一种基于硫化镉纳米线/锥形微光纤探针结构的被动近场光学扫描成像系统.该系统采用被动式纳米探针,保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势.其理论收集效率为4.65‰,相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级,可有效地提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力;而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合,将检测的光强信号传输到远场进行光电探测,最终实现对目标样品形貌的分析成像,其样品宽度测量误差在7.28%以内.该系统不需要外部激发光路,利用显微镜自身光源进行远场照明,被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统.本文基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案,可有效地降低探针的制备难度和目标光场的检测难度,简化扫描成像的结构,为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路.     

基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像

本文结合近场扫描结构和纳米线-微光纤耦合技术,提出了一种基于硫化镉纳米线/锥形微光纤探针结构的被动近场光学扫描成像系统.该系统采用被动式纳米探针,保留了纳米探针对样品表面反射光的强约束优势.其理论收集效率为4.65‰,相比于传统的金属镀膜近场探针收集效率提高了一个数量级,可有效地提高扫描探针对样品形貌信息的检测能力;而后通过硫化镉纳米线与微光纤之间高效的倏逝场耦合,将检测的光强信号传输到远场进行光电探测,最终实现对目标样品形貌的分析成像,其样品宽度测量误差在7.28%以内.该系统不需要外部激发光路,利用显微镜自身光源进行远场照明,被动扫描探针仅作为样品表面反射光的被动收集系统.本文基于半导体纳米线/锥形微光纤探针的被动式近场光学扫描成像方案,可有效地降低探针的制备难度和目标光场的检测难度,简化扫描成像的结构,为近场光学扫描显微系统之后的发展提供新的思路.     

方形孔径的宏观傅里叶叠层超分辨成像研究

随着成像系统小型化发展，透镜和光阑不再必须是圆形的，方形孔径更有利于收集微成像器件完整孔径的光场。研究了基于方形孔径的宏观傅里叶叠层成像技术，利用成像传感器及其傅里叶域自然的矩形结构，更有效利用方形孔径的合成来提高成像分辨率。数值模拟和实验验证表明：边长和直径相等的方形孔径与圆形孔径相比，方形孔径具有高光通量和宽传递函数的优势，可实现更高的成像分辨率、速度和信噪比。     

光子扫描隧道显微镜的光电成像系统研究

本文论述了光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）的显微成像机理、成像规律，针对具体的物理模型进行数值模拟计算，并得到了与实际探测相一致的场分布规律。采用自行研制的光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）的显微实验系统对多种样品进行了表面显微成像研究，获得了关于样品表面三维立体图像信息，通过多种图像处理手段对原始图像进行后期处理，得到了更具视觉效果、更为逼真的样品表面图像。     

热拉伸和化学腐蚀相结合制备弯曲光纤探针

提出了原子力/光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)系统的关键部分——双功能弯曲光纤探针的制作方法.采用热拉伸与动态、静态两步化学腐蚀相结合的方法制作出AF/PSTM弯曲光纤探针，弯曲角度约为150°，尖端曲率半径优于100nm，锥角范围为60°—90°.将这种双功能弯曲光纤探针应用在新研制的AF/PSTM系统上，同时获得了样品的光学与形貌图像，实现了图像分解. 关键词： 原子力/光子扫描隧道显微镜 光纤探针 热拉伸 化学腐蚀     

光子扫描隧道显微镜的探测场

通过修改光子扫描隧道显微镜探测场的计算模型，推导出比较符合实际的探测场及透射系数的计算公式，并利用这一新计算公式在微机上进行了模拟计算，得到了一些过去未曾发现的现象，对光子扫描隧道显微镜的实际探测具有一定的指导意义。     

Investigation of localized surface plasmons with the photon scanning tunneling microscope

A Photon Scanning Tunneling Microscope (PSTM) with probe-sample distance control by electron tunneling is used to probe the localized surface-plasmon fields of individual nanometric silver particles. As samples, conventional island films produced by thermal evaporation and regular particle arrays produced by an electron-beam-lithography-based technique, respectively, are used. In either case the strength and spatial localization of the surface-plasmon fields strongly depend on the excitation wavelength. The results are interpreted as different resonance frequencies of individual particles or of different sample areas. On regular arrays consisting of particles with a smallest diameter of 40 nm, the PSTM maps represent the plasmon field strength spatially resolved for individual particles.     

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光于扫描隧遭显微镜（PSTM）的计冗历程,为解决第一代（单光束照明）光千扫捕隧逼显傲镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用“对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜（AF／PSTM）样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像（形貌与相位）和两幅光学图像（透过率和折射率）,有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。     

Studies of imaging experiment for photon scanning tunneling microscopy

ＳｔｕｄｉｅｓｏｆｉｍａｇｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｆｏｒｐｈｏｔｏｎｓｃａｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｇｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙＧＵＯＮｉｎｇ；ＷＵＳｈｉｆａ；ＸＩＡＤｅｋｕａｎ；ＣＨＵＳｈｉｃａｏ（ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇ...     

Generation of nanosize 3D dark spots with a light shell by plasmonic conical probe with metallic nano-rod

Nanosize three-dimensional (3D) dark spots with a light shell in enhanced local optical fields generated by a plasmonic metal-coated conical dielectric probe with a nano-rod are investigated numerically. The 3D dark spots are due to interference among plasmon-enhanced local fields. It is found that two kinds of 3D dark spots are generated in the free space in the vicinity of the nano-rod. One is generated near the rod end and has a disk shape. The other is generated around the nano-rod and has a toroidal shape. Both kinds of 3D dark spots have nanoscale dimensions, because they are generated by interference between near fields.     

Review of near-field optical microscopy

This review has introduced a new near-field optical microscope (NOM)—atomic force microscope combined with photon scanning tunneling microscope (AF / PSTM). During scanning, AF/PSTM could get two optical images of refractive index image and transmissivity image, and two AFM images of topography image and phase image. A reflected near-field optical microscope (AF/RSNOM) has also been developed on AF/PSTM platform. The NOM has been reviewed in this paper and the comparison between AF/PSTM & RSNOM and the commercial A-SNOM & RNOM has also been discussed. The functions of AF/PSTM & RSNOM are much better than A-SNOM & RNOM.