浅谈近场光学

简要地介绍了近场光学的历史及现状，讨论了近场光学显微镜的构造、工作原理、工作方式及实际应用，并支近场光学的一些理论问题作了简明扼要的介绍，指出理论和实验上需要进一步发展的地方以及可能的途径。     

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     

近场光学理论初探

给出了非辐射场积分式的逐渐逼近表达式，阐明了非辐射场与辐射场一样受到光学信息传递系统的制约，同时阐明了图像畸变的原因．还给出了该系统信息传输自由度的计算公式，阐明了分辨率与光信息传输自由度的关系． 关键词：     

近场扫描光学显微镜和近场光谱学的进展

在简要评介近场扫描光学显微镜的工作原理和有关技术问题的基础上，着重介绍了近场光谱学的最新发展，并讨论了对近场光谱结果的分析问题。     

纳变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一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。     

近场光学扫描显微术

 80年代初期,人们对物理现象的观察和理解,经历了一场大变革。这场变革的标志,就是新一代成象系统的诞生。     

近场扫描干涉无孔径显微术

本文介绍了国外研究的一种新型近场扫描无孔径干涉显微镜的原理及结构。这种显微镜的分辨率可达到１ｎｍ，开辟了在亚纳米尺度成像和进行光谱分析的可能性，特别是在化学和生物学研究领域具有潜在的应用前景。     

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.     

Near-Field Scanning Optical Microscopy Combined with a Tapping Mode Atomic Force Microscope

Tapping mode atomic force microscopy is used to control the tip-sample distance in near field scanning optical microscopy (NSOM), which gives both topographic and near-field images simultaneously. The evanescent waves are scattered by a vibrating silicon-nitride tip in the proximity of sample surfaces and are detected through a microscope objective. This NSOM allows the observation of opaque samples with reflection illumination. A glass grating of 1-μm pitch and an InP grating of 0.5-μm pitch are observed with a lateral resolution of 100 nm.Presented at 1996 International Workshop on Interferometry (IWI ‘96), August 27-29, Saitama, Japan     

用扫描近场光学显微镜技术研究金膜表面等离体子共振

表面等离体子波(SPW)可与入射光横磁波极化能量耦合并被共振激发,这种现象被称为表面等离体子共振现象(SPR)。主要利用扫描近场光学显微镜(SNOM)技术和表面等离体子共振现象技术相结合,来研究金膜表面等离体子共振。设计并建立了结构独特的新型Kretschmann型表面等离体子共振现象耦合装置,同时又设计了具有厚度梯度的表面等离体子的制备方法。在此基础上,测量了改变入射角条件下的表面等离体子共振曲线,测得该装置的等离体子共振角灵敏度为1°。并且对金膜表面进行表面等离体子共振条件下的扫描近场光学显微成像。实验结果表明,在共振时金膜表面的扫描成像比不共振时清晰,而且增加了很多细节。应用表面等离体子共振现象技术将可以明显提高扫描近场光学显微镜的信噪比、分辨力等性能。     

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。     

近场显微干涉成像中的探测角度和偏振问题研究

用偶极子耦合系统来模拟近场干涉测量中的探针样品关系,并利用各电场分量之间的组合方程组精确计算出其可能探测到的强度和相位像。结果显示,近场干涉所测量到的近场像的分辨力和探测器的方位及参考光的偏振方向之间有较强的依赖关系,随着探测器位置不同或者参考光偏振方向的变化,同一样品在同一照明条件下所得到的图像也会发生明显的改变。在倏逝波照明的情况下,近场像的精确度随着探测器相对于样品视角的增大而改善,且在不同偏振方向的近场像中,只有偏振方向垂直于样品表面的像能真实反映样品的细节分布,且同时具有足够的强度分布。     

Reducing Background Light Interaction in Near-Field Optical Microscopy Using Lateral and Vertical Probe-Dithering

We investigate the effectiveness of differential detection, which is a combination of probe-dithering and synchronous detection, in discriminating near-field light interaction from background light interaction in apertureless near-field optical microscopy (NSOM). The lateral differential NSOM with a photocantilever is more effective than the vertical differential detection, which does not always provide sufficient discrimination. The V-dithering-based lateral differential detection provides apertureless NSOM that can image the optical coupling between sample and probe dipoles, which is an interaction through near-field light.This paper was originally presented at the 5th International Conference on NEAR FIELD OPTICS and RELATED TECHNOLOGIES (NFO-5), which was held on December 6–10, 1998 at Coganoi Bay Hotel, Shirahama, Japan, in cooperation with the Japan Society of Applied Physics and Mombusho Grant-in Aid for Scientific Research on Priority Areas “Near-field Nano-optics” Project, sponsored by Japan Society for the Promotion of Science.     

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。     

细菌视紫红质近场光存储特性的研究

结合近场光学显微镜，利用菌紫质M态和基态之间的跃迁，对BR—D96N样品作了静态近场光存储特性的研究。结果表明，近场区域内细菌视紫外质在光激发前后对红光的吸收有较大差别，而且激发后无光照时会缓慢弛豫到激发前的状态，具有光致变色特性和热弛豫特性，可望作为近场光存储材料和微光学信息处理器件材料。     

A Monatomic Optical Near-Field Microscope with Subnanometer Spatial Resolution

We propose the principle of operation of an optical near-field microscope on the basis of linear steady-state optical dimensional resonances in the system atom-probe–atoms of the sample. It is shown that such a microscope has high sensitivity and a spatial resolution of less than 1 nm and does not set limits on the choice of samples. The distribution of the optical fields in the wave and near zones in the near-field microscope at frequencies close to the optical dimensional resonances arising as a result of dipole-dipole interactions of atoms at small distances has been investigated. The optical scheme of the monatomic near-field microscope is presented.     

金属覆层光纤探针近场特性研究

采用有限积分法对用于近场光学显微镜的旋转对称光纤探针进行了数值模拟计算,研究了光纤探针开口附近亚波长范围的电磁场及其能量密度的分布.计算结果表明,在探针外,光场为沿探针轴线方向的近逝波,其空间光场的分布与激励光场及其极化方向有关,在激励光场的极化方向出现了由感应电荷引起的边缘增强效应.同时研究了近场光纤探针的空间分辨率和样品处的电磁场能量,结果表明光纤探针孔的尺寸及其与样品的作用距离是影响探针的分辨率和样品内电磁场能量的重要因素.     

Near-Field Optical Microscope with Tapping Illumination and Synchronous Detection

We use the tapping illumination and synchronous detection in a scanning near-field optical microscopy to obtain a near-field optical signal that is separated from the far-field signal. The illumination light was irradiated from the bent fiber tip vibrating normal to the sample surface. The transmitted light synchronized with the tapping vibration was observed. The obtained image of an organic film shows that this technique is effective for the weak contrast samples.This paper was originally presented at the 5th International Conference on NEAR FIELD OPTICS and RELATED TECHNOLOGIES (NFO-5), which was held on December 6–10, 1998 at Coganoi Bay Hotel, Shirahama, Japan, in cooperation with the Japan Society of Applied Physics and Mombusho Grant-in Aid for Scientific Research on Priority Areas “Near-field Nano-optics” Project, sponsored by Japan Society for the Promotion of Science.