用FDTD研究扫描近场光学显微镜成像机制

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扫描近场光学显微镜是最近发展起来的新型超高分辨率光学显微镜.由于它不受衍射极限的限制,因此可以对样品表面区域进行各种光学信息成像,并且可实现超高密度光学信息存储,因而在微电子学、光电子学、生命科学、材料化学以及通信领域有着广泛的应用。 近场光学是伴随着近场光学显微镜而发展起来的一个光学分支。它研究物体表面光与物质的相互作用的各种复杂现象,如光的散射、反射、衍射、吸收和光谱学等。近场光学显微学就是要从探测到的近场光信号中研究样品的表面形貌以及材料特性。由于近场光学成像过程十分复杂,一般很难用解析解求解,只能借助于数值求解方法,本论文的主要工作: 1.利用时域有限差分方法研究了不同类型的光纤探针的电磁场分布,从而更好地理解光在光纤探针的传播行为以及光从光纤探针传出后其在近场分布。 2.以接收式近场光学显微镜为例,在全反射条件下,利用时域有限差分方法模拟SNOM系统,光纤探针对样品进行等高扫描。计算结果表明: (1)随着样品-探针间距增大,探针的分辨率减小,耦合进入光纤探针的光强减小,进入光纤探针的光强的改变幅度较大,分辨率的改变相对较小。 (2)随着入射角度的增加,耦合进入光纤探针的光强减小,但光纤探针的分辨率基本不变。 (3)孔径尺寸越大,耦合进入光纤探针的光强减小,分辨率减小;而孔径尺寸越小,耦合进入光纤探针的光强增大,分辨率增大。 (4)镀膜厚度越大,耦合进入光纤探针的光强增大,分辨率增大;而镀膜厚度越小,耦合进入光纤探针的光强减小,分辨率减小。 (5)与镀金膜相比,镀银膜的光纤探针的分辨率要高,耦合进入光纤探针的光强要大,镀银膜的光纤探针可达到更好的探测效果。 由于上述因素对扫描近场光学显微镜成像的分辨率和耦合进入光纤探针的光强产生影响,而本文的计算结果对实际制作性能优良的光纤探针具有一定的指导意义。
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