基于表面等離子體共振技術的掃描近場光學顯微鏡的研究.pdf

1、當光入射到金屬和介質(zhì)表面時,金屬表面就會產(chǎn)生一種沿金屬表面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體波SPW(Surface Plasmon Wave).在棱鏡表面鍍一層金屬膜,當p偏振的光在棱鏡表面全反射時,在特定入射角會與SPW共振,稱為表面等離子體共振(Surface Plasmon Resonance).這時入射光的能量轉(zhuǎn)移給SPW.此時處于共振的SPW發(fā)射與全內(nèi)反射出射光同向的偏振光,當金屬膜厚度合適時,可與從棱鏡-金屬表面反射回去的光干涉相消,此時

2、入射光的能量大部分被SPW吸收,因此反射光最弱,稱為衰減全反射ATR(Attenuated TotalReflection),是表面等離子體共振的最顯著標志.產(chǎn)生表面等離子體共振時,SPW可增強幾百倍,因此SPR具有顯著的表面增強效應.此外,SPR對金屬膜表面介質(zhì)的折射率、入射角、入射光波長和偏振狀態(tài)、金屬膜及其表面介質(zhì)的厚度等十分敏感,這些性質(zhì)使SPR現(xiàn)象能在許多方面得到應用.掃描近場光學顯微鏡SNOM(Scanning Near-f

3、ield Optical Microscope)是一種突破衍射極限的光學顯微鏡.所謂近場是指距物體表面半個波長的區(qū)域的電磁場.包含向遠處傳播的成分和束縛于物體表面,強度隨離開表面的距離的增加而呈指數(shù)衰減的隱逝波(evanescent wave),隱逝波攜帶物體表面細節(jié)(<<λ)信息,通過對隱逝波的探測可獲得這些信息.產(chǎn)生SPR時,如果金屬表面上方幾個nm遠處有一個光纖探針,由于光子隧道效應,全內(nèi)反射的入射光將耦合到到光纖探針并被遠場光電

4、轉(zhuǎn)換器件接受.如果是一個實心金屬探針,則SPW被散射,被散射的SPW發(fā)出圓錐輻射光.我們設計制作了SPR耦合光路,具有結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,入射角靈敏度高,信噪比強等特點.一方面,我們研制了光纖探針和粘有實心金屬探針的AFM力傳感器,并用以探測SPR現(xiàn)象.另一方面,我們在共振時和不共振時用各種模式對金膜掃描成像,比較分析了其不同.結(jié)果表明:應用表而等離子體共振技術,可以極大的增強近場光信號.提高SNOM的信噪比和穩(wěn)定性,為近場光譜研究和高