近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用與近場(chǎng)光學(xué)計(jì)算.pdf

1、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位論文近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用與近場(chǎng)光學(xué)計(jì)算姓名：白明申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：光學(xué)指導(dǎo)教師：明海謝建平2001.12.1中國(guó)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(duì)光纖的偏振分量的分布和探針保偏的特性的分析中，計(jì)算得到不同電磁場(chǎng)分量之間有固定的相位差，即探針對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。對(duì)不同開(kāi)口直徑的探針計(jì)算表

2、明，開(kāi)口直徑100nm的探針具有較大的輸出偏光比。本文在倏逝場(chǎng)數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，分別計(jì)算由全內(nèi)反射倏逝場(chǎng)和金屬表面等離子體波來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)孔SNOM的探針和樣品表面光場(chǎng)的互相作用，討論其成像機(jī)制。對(duì)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(dòng)方程出發(fā)，修改和擴(kuò)展了FDTD算法以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算結(jié)果表明對(duì)于棱鏡表面50nm厚度銀膜產(chǎn)生的

3、表面等離子體波在強(qiáng)度上比入射光場(chǎng)有40倍以上的增強(qiáng)沿表面的衰減深度約50nm反射光相對(duì)于入射光則有大于60%的減弱:與其他計(jì)算方法以及實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果相符合。通過(guò)計(jì)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(yuǎn)場(chǎng)的光場(chǎng)強(qiáng)度是棱鏡全反射倏逝場(chǎng)被散射的光強(qiáng)的7倍，而且小球與金屬膜表面之間的光場(chǎng)有更大的增強(qiáng)。本文對(duì)微米尺度聚苯乙烯電介質(zhì)透明微粒子的捕獲和操縱進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)。觀察到光纖微透鏡對(duì)粒子產(chǎn)生的光梯度力的作用以及通過(guò)全反射產(chǎn)生的

4、倏逝場(chǎng)對(duì)粒子定向運(yùn)動(dòng)的控制。發(fā)展了基于時(shí)域有限差分法和Maxwall應(yīng)力張量積分來(lái)計(jì)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(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的微粒子受到的光子力進(jìn)行了分析。經(jīng)計(jì)算得到用光纖微透鏡實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子捕獲實(shí)驗(yàn)中，微透鏡和粒子的尺寸以及折射率對(duì)光力阱形成的影響。通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)了利用載玻片基底的支撐來(lái)抵消軸向的推斥力以實(shí)現(xiàn)粒子的束縛方法。另外對(duì)橢球粒子在雙微透鏡產(chǎn)生的光場(chǎng)中受到的微力矩進(jìn)行計(jì)算，表明可以通過(guò)改變雙光纖微透鏡輸出的

5、光場(chǎng)能量比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)橢球粒子的轉(zhuǎn)動(dòng)。經(jīng)計(jì)算還得到倏逝場(chǎng)中粒子受力隨距表面不同高度的變化。這對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(jiàn)光波段有較強(qiáng)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(chǎng)光譜的方法觀察到碳納米管因長(zhǎng)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(kuò)展了FDTD算法，