基于FDTD帶金屬尖小孔光探針的模擬與優(yōu)化.pdf

1、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(ScanningNear—fieldOpticalMicroscope，SNOM)的發(fā)明使得顯微鏡的空間分辨率能夠突破衍射極限，并在近場(chǎng)光存儲(chǔ)、近場(chǎng)光刻、半導(dǎo)體材料、生命科學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。光探針是近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的關(guān)鍵部件，探針的孔徑?jīng)Q定了近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的分辨率。在本文中，作者圍繞著光探針的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的主題加以研究。 作者利用FDTD方法系統(tǒng)地研究了帶金屬尖四棱錐小孔光探針光斑近場(chǎng)分布特性，分析

2、了金屬尖的長(zhǎng)度、尖端半徑及距離小孔位置等因素對(duì)近場(chǎng)光場(chǎng)分布的影響。討論了該類(lèi)光探針的電磁波通過(guò)等離子體激元方式從小孔傳輸?shù)浇饘偌獾臋C(jī)理。Taminiau等人用不同方法獲得的計(jì)算結(jié)果在我們的計(jì)算結(jié)果中得到了印證。在本文計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析、討論了Pohl等人在1984-1986年獲得20-25nm高分辨率圖像的原由，討論了該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的成像機(jī)理和類(lèi)型的歸屬。計(jì)算結(jié)果表明：Pohl等人的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)成像機(jī)理已離開(kāi)小孔徑掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡類(lèi)型，

3、認(rèn)為應(yīng)歸屬于金屬尖散射掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡一類(lèi)。 利用FDTD方法對(duì)L形與V形納米小孔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了小孔幾何結(jié)構(gòu)、入射光偏振態(tài)等因素對(duì)小孔出射光場(chǎng)的影響。結(jié)果表明，兩種小孔的出射峰值光強(qiáng)均比具有相同開(kāi)孔面積的方孔提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。發(fā)現(xiàn)在具有相近峰值光強(qiáng)的情況下，且在距離出射面小于60nm的范圍內(nèi)，V形孔光斑尺寸在x方向和y方向的寬度可以比L形孔的光斑小10-15nm。 最后，作者對(duì)帶金屬尖L與V形小孔近場(chǎng)分布特性