PSTM成像的標準-非標準FDTD數(shù)值分析.pdf

1、光子掃描隧道顯微鏡(PSTM)是掃描探針顯微鏡(SPM)的一種，利用光學(xué)探針探測樣品表面隱失波攜帶的超高頻空間信息，突破衍射極限的限制，能對納米尺度的樣品成像，且具有光學(xué)觀察無損探測的特點，可觀察活的生物樣品，保持細胞活性，在透明材料、生物、醫(yī)學(xué)研究中都有應(yīng)用。 影響PSTM成像分辨率和通光效率的因素有很多，光纖探針作為提取近場信息的部件起著關(guān)鍵作用；入射光的極化特性也能夠明顯的影響成像質(zhì)量；此外與探針與樣品間的距離控制以及入射

2、光的角度等都有關(guān)系。運用數(shù)值模擬可以方便有效的分析以上因素，從理論上對近場成像過程有更清楚地認識，本論文即是圍繞這個目的展開。 本論文的主要內(nèi)容與結(jié)果為：首先，在本課題組已有成果的基礎(chǔ)上，嘗試在PSTM中應(yīng)用帶鋁的光纖探針來提高成像質(zhì)量。采用二維時域有限差分法(FDTD)模擬計算了裸光纖、尖端鍍鋁顆粒光纖、孔徑鍍鋁膜光纖和全鍍鋁膜光纖探針的成像，結(jié)果顯示：金屬納米粒子或薄膜在可見光的激勵下產(chǎn)生表面增強效應(yīng)，采用帶鋁探針后的靈敏度

3、均比裸光纖提高兩個數(shù)量級；尖端鍍鋁顆粒光纖探針的分辨率可優(yōu)于20nm；全鍍鋁膜和孔徑鍍鋁膜光纖探針的分辨率分別可達到20nm和60nm。 其次，采用三維FDTD模擬計算了PSTM系統(tǒng)中的介質(zhì)和銀質(zhì)金屬樣品在p偏振和s偏振模式光源下的近場強度分布。樣品為復(fù)雜不對稱“PSTM”字樣，通過計算樣品上方5nm處的近場強度分布可以看出：對介質(zhì)樣品，p偏振波能較好的反映樣品的形貌，這是由入射電場的方向決定的；銀質(zhì)金屬有表面增強作用，對不同偏