基于表面等離子體共振技術(shù)的掃描近場光學(xué)顯微鏡的研究.pdf

1、當(dāng)光入射到金屬和介質(zhì)表面時(shí),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(dāng)p偏振的光在棱鏡表面全反射時(shí),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(shí)入射光的能量轉(zhuǎn)移給SPW.此時(shí)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(dāng)金屬膜厚度合適時(shí),可與從棱鏡-金屬表面反射回去的光干涉相消,此時(shí)

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(biāo)志.產(chǎn)生表面等離子體共振時(shí),SPW可增強(qiáng)幾百倍,因此SPR具有顯著的表面增強(qiáng)效應(yīng).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(yīng)用.掃描近場光學(xué)顯微鏡SNOM(Scanning Near-f

3、ield Optical Microscope)是一種突破衍射極限的光學(xué)顯微鏡.所謂近場是指距物體表面半個(gè)波長的區(qū)域的電磁場.包含向遠(yuǎn)處傳播的成分和束縛于物體表面,強(qiáng)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(xì)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(shí),如果金屬表面上方幾個(gè)nm遠(yuǎn)處有一個(gè)光纖探針,由于光子隧道效應(yīng),全內(nèi)反射的入射光將耦合到到光纖探針并被遠(yuǎn)場光電

4、轉(zhuǎn)換器件接受.如果是一個(gè)實(shí)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(shè)計(jì)制作了SPR耦合光路,具有結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,入射角靈敏度高,信噪比強(qiáng)等特點(diǎn).一方面,我們研制了光纖探針和粘有實(shí)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(shí)和不共振時(shí)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(yīng)用表而等離子體共振技術(shù),可以極大的增強(qiáng)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