近場光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用與近場光學(xué)計算.pdf

1、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文近場光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用與近場光學(xué)計算姓名：白明申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：光學(xué)指導(dǎo)教師：明海謝建平2001.12.1中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文摘要的結(jié)果，以及L.Novotny的用復(fù)多極子MMP方法數(shù)值分析的結(jié)果均相符合。在對光纖的偏振分量的分布和探針保偏的特性的分析中，計算得到不同電磁場分量之間有固定的相位差，即探針對入射線偏振光具有類似于波片的作用，這與金屬鍍膜探針的實驗結(jié)果相符合。對不同開口直徑的探針計算表

2、明，開口直徑100nm的探針具有較大的輸出偏光比。本文在倏逝場數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，分別計算由全內(nèi)反射倏逝場和金屬表面等離子體波來實現(xiàn)無孔SNOM的探針和樣品表面光場的互相作用，討論其成像機制。對金屬表面等離子體波，我們從束縛電子在入射電磁波中的振動方程出發(fā)，修改和擴展了FDTD算法以實現(xiàn)對色散介質(zhì)的描述，首次使用此方法給出了衰減全反射(ATR)模式下的金屬表面等離子體波的產(chǎn)生、傳播和散射特性。計算結(jié)果表明對于棱鏡表面50nm厚度銀膜產(chǎn)生的

3、表面等離子體波在強度上比入射光場有40倍以上的增強沿表面的衰減深度約50nm反射光相對于入射光則有大于60%的減弱:與其他計算方法以及實驗得出的結(jié)果相符合。通過計算金屬層上表面的金屬小球?qū)Φ入x子體波的散射，得到散射至遠場的光場強度是棱鏡全反射倏逝場被散射的光強的7倍，而且小球與金屬膜表面之間的光場有更大的增強。本文對微米尺度聚苯乙烯電介質(zhì)透明微粒子的捕獲和操縱進行了初步實驗。觀察到光纖微透鏡對粒子產(chǎn)生的光梯度力的作用以及通過全反射產(chǎn)生的

4、倏逝場對粒子定向運動的控制。發(fā)展了基于時域有限差分法和Maxwall應(yīng)力張量積分來計算微粒子受到光子力和力矩的數(shù)值分析方法。并且用此方法對這兩個實驗中的微粒子受到的光子力進行了分析。經(jīng)計算得到用光纖微透鏡實現(xiàn)對粒子捕獲實驗中，微透鏡和粒子的尺寸以及折射率對光力阱形成的影響。通過計算設(shè)計了利用載玻片基底的支撐來抵消軸向的推斥力以實現(xiàn)粒子的束縛方法。另外對橢球粒子在雙微透鏡產(chǎn)生的光場中受到的微力矩進行計算，表明可以通過改變雙光纖微透鏡輸出的

5、光場能量比來實現(xiàn)對橢球粒子的轉(zhuǎn)動。經(jīng)計算還得到倏逝場中粒子受力隨距表面不同高度的變化。這對進一步改進實驗提供有益的理論指導(dǎo)。一_本文的主要特色在于:1.首次觀察到的平行排列于AFI晶體孔道中的直徑0.4znm的單壁碳納米管的在可見光波段有較強的光致發(fā)光現(xiàn)象。其光致發(fā)光現(xiàn)象與其一維結(jié)構(gòu)的特性相符。采用近場光譜的方法觀察到碳納米管因長度方向的量子限效應(yīng)導(dǎo)致其發(fā)光光譜和吸收譜的蘭移以及呈現(xiàn)一定能量間隔的峰結(jié)構(gòu)。2.用修改和擴展了FDTD算法，