纳米孔径近场光学显微成像的数值分析
A3 视场、孔径、空间带宽积和成像透镜基本参数(I)
A3 视场、孔径、空间带宽积和成像光学系统的基本参数（I）3.1成像光学系统将二维或三维空间的物体或图形成像在人眼或探测器（例如CCD、CMOS）上。
⏹ 横向放大率()()22y y y y β''== （3.1）一般用CCD 、CMOS 拍摄时得到缩小的像，1β<。
⏹ 视场角2ω（角视场）和像高y '间的换算公式()122tany f ω-'= （3.2）其中f 为焦距，y '为圆形探测器的半径，或矩形探测器对角线长度的一半。
表3.1 CCD 规格镜头的孔径角u '常用F 数表示1(2)F u '= （3.3）3.2 空间带宽积22SBP nyun y u λλ'''==（3.4）n ：物方介质折射率，n '像方介质折射率（例如显微镜油浸物镜的油折射率），空气折射率近似为1; λ：光波波长; SBP是一个没有量纲（没有单位）的数。
⏹SBP特征：➢SBP表征成像系统所传递的信息量：“空间”即视场，2y 越大，看到的空间范围（“视野”）越大。
➢以后会讲到，成像透镜相当于“低频滤波器”，它的“带宽”用uλ表示，孔径角u越大（F数越小），分辨率、清晰度越高，对于被显示物体细节的图3.3 光学元件表现能力越强。
➢ 物、像空间的SBP 相等。
可以用像方视场2y '、像方孔径角2u '来计算SBP 。
➢ 通常用“F 数”代替孔径 u ，并假定像方介质为空气，1n '=，因而有2tan SBP y u y f F F ωλλλ'''=== （3.5）⏹ 空间带宽积给出成像系统可能达到信息量的高限，可以用来对物镜的性能分级。
图3.4 光学元件加工车间➢实际系统由于以下原因远达不到SBP高限：✧设计水平限制；✧加工、装配误差；✧材料误差。
⏹为了提高性能，采取了以下措施：➢对设计优化，提高设计软图3.5 剖开的镜头结构图件的模拟功能和优化速度。
扫描近场光学显微镜与纳米光学测量
在实验技术部分，书中详细介绍了SNOM的实验设备、操作流程以及数据处理方 法。从样品制备到实验设置，再到数据解析，每个步骤都进行了详尽的解释。 还通过实例展示了SNOM在各种不同材料和结构中的应用，包括半导体、金属、 介质、生物和有机材料等。
在纳米光学测量应用部分，书中深入探讨了SNOM在各种纳米光学现象的测量中 的应用，包括表面等离子体共振、光学非线性、纳米光子学等。这些内容不仅 展示了SNOM的广泛适用性，也揭示了其在纳米光学研究中的独特优势。
更重要的是，书中还深入探讨了纳米光学测量在纳米光子学和等离激元光学研 究中的应用，包括近场光学超分辨成像、纳米尺度光场振幅、相位、矢量场、 磁场、偏振、光谱等物理参数的测量表征。
这本书给我留下了深刻的印象。它为我们提供了关于SNOM的全面信息，这种工 具在纳米光学测量中扮演着越来越重要的角色。在理解SNOM的工作原理和性能 指标时，我们可以更好地评估和应用这种工具。书中还提到了纳米光学测量的 多种应用，这让我对纳米科技有了更深入的了解。
《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》是一本的应用。无论大家是初学 者还是专业研究人员，这本书都将为大家提供宝贵的资源和启示。
阅读感受
在科学社的《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》一书中，作者王佳、武晓 宇、孙琳以深入浅出的方式，为我们揭示了扫描近场光学显微镜（SNOM）以及 纳米光学测量的奥秘。这本书不仅对近场光学的基本概念和探测原理进行了概 述，还详细阐述了SNOM的分类、工作原理、功能模块、关键技术、性能指标等。
《扫描近场光学显微镜与纳米光学测量》这本书是一本为所有对纳米光学和近 场光学感兴趣的读者提供的宝贵资源。无论是初学者还是专业研究人员，都可 以从这本书中获得深入而广泛的知识和理解。
这本书还通过图表、插图和实例等方式，使抽象的理论变得生动且易于理解。 读者可以直观地看到SNOM的工作过程和结果，从而更好地理解和掌握SNOM的 基本原理和应用。
基于纳米光学技术的超分辨显微成像研究
基于纳米光学技术的超分辨显微成像研究随着科学技术的发展，人们对物质的研究越来越深入，对微观世界的探索也越来越深入。
与此同时，现有的光学显微镜已经达到了极限，无法再提供更高的分辨率，这也限制了科学家们的研究深度。
因此，发展超分辨显微镜技术成为了当代科研的必要选择。
本文将主要讨论以纳米光学技术为基础的超分辨显微成像研究。
一、超分辨显微成像的概念与意义光学显微镜在生物、医药、材料等领域有着广泛的应用，但其最终分辨率受到光学衍射极限的制约，即极限分辨率不能高于半波长，即约为200nm。
这意味着我们无法准确地观察更小的物体结构。
超分辨显微镜的出现可以突破这一极限，实现更高的空间分辨率，帮助人类更加深入地了解微观世界。
超分辨显微镜一般包括以下几种类型：1、近场扫描光学显微镜 (NSOM) ：该方法利用了纳米光学技术，可以在样品表面扫描出几纳米的分辨率，但只能观测到表面结构。
2、介电常数显微镜 (SEKM) ：该方法利用样品接触电极与扫描探针的电容变化，观测到样品内部的分子排列变化。
3、荧光显微镜 (STED) ：该方法同样利用纳米光学技术，将样品在一定时间内短暂地激发为荧光态，然后只激发一个很小区域的样品，并将它们的荧光信号重合，提高空间分辨率。
上述方法的出现，不仅突破了传统光学显微镜的极限，而且有助于研究更加科学的问题。
二、基于纳米光学技术的超分辨显微成像1、单分子荧光显微技术在生物学研究中，单分子荧光显微技术具有极高的应用价值。
波长限制了光学显微镜的分辨率，可以通过单分子荧光显微技术进行解决。
单个分子在一个光学激光微流罐中被激活并荧光出来。
通过在每个荧光子的位置进行拍摄，就能够合成光学图像。
目前，单分子荧光技术已经成功地应用于细胞内染色体结构和转录过程的研究中。
2、表面异质结构 (SERS)表面异质结构 (SERS) 技术利用纳米结构表面的电荷、电子云扰动及能带结构等，实现了对样品表面的高空间分辨率、高放大倍数的观察。
《近场光学显微镜》课件
可能的改进措施
提高稳定性和成像分辨率，减小光纤探头的尺寸等。
现实应用前景
在新材料研究、电子元件等领域得到广泛应用。
结语
意义和价值
近场光学显微镜可以观察到纳米级别的结构，对 于如生物医学、新材料研究等领域可能产生深远 的影响。
感谢聆听和关注
由于时间有限，未能涉及到的内容，欢迎大家提 出问题来和我进行进一步的交流。
将样品表面的光学信号转化为电信号，进而在电子系统中完成图像重构和成像。
构建
构建步骤
制造细探头、调节精密度等。
所需工具和材料
如显微镜组件、显微镜支撑台、显示器等。需 要电子手段，如微细焊机等。
制造基础
工程制图、数控加工、电子器件制作等。需要 基础的机械、电子、计算机技术。
实验
1 操作流程
将样品附在载物玻片上，通过近场探针进行扫描成像。
《近场光学显微镜》PPT 课件
欢迎来到本次关于近场光学显微镜的课件。本次课程将会深度讲解什么是近 场光学显微镜，以及该设备的应用领域。
概述
定义
近场光学显微镜是一种利用纳米光学原理设计并制造的纳米测量和分析仪器，在纳米科学、 纳米技术、生物医学等领域具有广泛应用。
应用领域
近场光学显微镜可以用于观察生物分子、表面纳米结构、光学器件等。在纳米电子、纳米光 电学、纳米光学以及生物医学等领域具有广泛应用。
优点
与传统的光学显微镜相比，近场光学显微镜可以在更高的空间分辨率下进行表征，观察到更 微小的结构和更加详细的特征。
原理
1
光学显微镜原理
利用可见光波的折射、反射和干涉等原理进行成像；
2
近场光学显微镜工作原理
使用光纤探针、金属探针等比样品尺寸小得多的探针实现纳米尺度下的激光光学 成像。
近场光学显微镜在纳米科学中的应用
近场光学显微镜在纳米科学中的应用随着科技的不断进步和人们对材料性质的深入研究，近场光学显微镜逐渐被广泛运用在纳米科学中。
近场光学显微镜具有高分辨率、高灵敏度和非接触性等特点，可以有效地观测和研究纳米结构及其性质。
本文将探讨近场光学显微镜在纳米科学中的应用。
一、近场光学显微镜的基本原理近场光学显微镜是一种能够在纳米尺度下获取光学图像的仪器。
其原理是利用一个探测器头（探针）置于样品表面非常接近的位置，与样品相互作用，可以探测到样品表面的光强分布，并将其转化成图像。
探针顶端采用金属针尖制作，并在其表面镀上导电膜，以实现表面电子的收发和光学信号的传递。
二、近场光学显微镜的应用1. 纳米结构表面形貌近场光学显微镜可以直接观测到纳米材料表面的形貌和形态，包括表面粗糙度、表面有无缺陷、材料晶格、纳米尺度下的结构等。
这对研究纳米材料的物理和化学性质，特别是表面效应和限域效应等具有重要意义。
2. 纳米结构的光学特性近场光学显微镜可直接探测单个纳米颗粒的光学特性，如垂直偏振和水平偏振的激光能够分别在纳米颗粒上产生不同的散射场和透射场。
通过控制入射光的极化方向和偏振状态，可以得到样品的各种光学特性信息，如吸收截面、散射截面、透射率等。
3. 生物分子的结构和相互作用近场光学显微镜还可用于观察和研究生物分子的结构、构象以及生物分子间的相互作用。
如利用近场光学显微镜观察生物分子在溶液中的结晶行为，以及生物分子与表面上其他分子的相互作用机制。
4. 短线路电子学近场光学显微镜在短线路电子学中也有广泛的应用。
短线路电子学研究的是尺寸小于10纳米的电路器件，这些器件中电流的传输受到量子限制。
近场光学显微镜可以探测电路内的局部电荷分布，从而提供了研究短线路电子学中电子传输行为的有效手段。
三、近场光学显微镜的未来展望近场光学显微镜的研究还处于发展阶段，未来将继续改进和完善其性能，并将其应用到更多的领域。
目前，近场光学显微镜已经可以探测不同样品的不同光学结构，未来预计将进一步延伸到单分子的探测和研究，以及研究具有磁性和光学性质的新型材料等。
孔径成像技术在微纳米制造中的应用
孔径成像技术在微纳米制造中的应用随着现代科技的飞速发展，微纳米制造成为了许多行业的重点发展领域。
而在微纳米制造过程中，精准的孔径成像技术则起到了举足轻重的作用。
本文将从孔径成像技术的定义、分类及原理和应用分别进行探讨。
一、孔径成像技术的定义孔径成像技术是指一种利用孔径的有限尺寸限制了光路上的传播角度，进而实现光信号的成像和处理的技术。
孔径成像技术的本质是通过物理学原理将被测物反射或透射的光信号转换成电信号，再通过软件处理形成图像。
其最大优点是能够实现高分辨率、高灵敏度的成像，对于微小物体或局部区域的成像较为适用。
孔径成像技术主要分为以下几类：（1）扫描探针显微镜：利用锥形探针在样品表面扫描，通过在探针上受到反射或透射的光信号进行成像。
扫描探针显微镜可以实现高分辨率的表面形貌、电学、磁学等多种信息的成像和分析，是一种具有广泛应用前景的高分辨力显微成像技术。
（2）原子力显微镜：一种利用原子力感应到样品表面几何尺寸以及表面性质的成像技术，其基本原理是利用探针扫描样品表面时，探针与样品之间的相互作用力来绘制样品表面三维形貌、磁场和电场分布等信息。
（3）近场光学显微镜：在受控制的近场光场照射下，样品表面的光学信号经过聚焦透镜的调节和限制，最终生成高分辨率的图像。
近场光学显微镜可以解决传统光学显微镜分辨率限制的问题。
二、孔径成像技术的原理孔径成像技术的原理是以物理规律为基础，通过孔径对光信号的限制，将光信号转化为电信号，在软件处理后形成图像。
具体而言，孔径成像技术依赖于一系列物理现象，如绕射、多次反射、瞬时相位等。
这些物理现象相互作用，构建了孔径成像技术的基本原理框架，实现了光信号成像的整个过程。
三、孔径成像技术在微纳米制造中的应用孔径成像技术作为一种高分辨率、高灵敏度的技术，近年来在微纳米制造领域得到了广泛应用。
在离子束刻蚀、超高速激光切割、微流体计量等领域中，孔径成像技术的优越性质被放大和赋予了新的应用场景。
近场光学显微镜技术的研究现状
近场光学显微镜技术的研究现状随着纳米技术的不断发展，光学显微镜的分辨率已经远远不能满足研究和应用的需求。
因此，近场光学显微镜技术应运而生。
近年来，该技术已经成为研究纳米材料、纳米生物学和信息技术的重要手段。
近场光学显微镜是一种高分辨率的光学成像技术，它一般分为近场光学显微镜和近场光学拉曼光谱显微镜。
通过使用非常靠近或接触样品的光学探针，可以将分辨率提高到纳米级别。
近场光学显微镜的原理是采用近场效应，即在样品表面附近的介质中，电子云和极化现象会导致内部电场的分布发生变化，从而产生非常强的光学作用。
通过控制光学探针与样品的距离，可以使得样品表面的这种光学作用直接反映到探针上，从而实现高分辨率成像。
近场光学显微镜技术具有以下优点：（1）分辨率高，可以达到奈米级别；（2）成像速度快；（3）它是一种非接触成像技术，可以避免样品污染或破坏。
由于近场光学显微镜技术的优越性，它已经广泛应用于纳米材料的制备、磁性材料的表征、生物医学的研究以及信息技术的发展等领域。
细胞膜、核酸、蛋白质等生物大分子的纳米级别成像也是该技术的研究焦点之一。
近年来，国内外的研究者在近场光学显微镜技术上取得了很多进展。
在技术方面，研究者们提出了一些新的近场探针，如光纤针探针、纳米钟探针、等离子体探针等，可以提高成像分辨率和灵敏度。
同时，研究者们在信号处理、数据分析等方面也积极探索。
研究中，经常要处理大量的数据，因此如何有效地进行数据分析和提取信息也是研究者关注的问题。
总而言之，近场光学显微镜技术具有巨大的应用前景。
虽然该技术的研究已经取得了很大的进展，但是仍然有很多问题需要研究和解决。
未来，我们期望能够进一步优化该技术，以更好地服务于科学研究和生产应用。
光学成像技术在纳米结构研究中的应用
光学成像技术在纳米结构研究中的应用光学成像技术是现代科学中一个重要的研究领域，利用光学成像技术可以分析不同分辨率下的光传递，从而对物体表面或其内部进行检测和观测。
目前，光学成像技术在纳米科学领域中得到了广泛的应用，特别是在纳米结构研究中。
一、光学微成像技术光学微成像技术是一种将光线传递到物体表面上，然后反射回来的光通过放大产生的影像。
这种技术可以帮助研究人员观察物体的表面形态和结构。
光学微成像技术可以运用在许多不同领域中。
例如，在纳米科学领域中，这种技术能够得到更高的分辨率，使研究人员能够观察到纳米级别的结构特性。
二、光学近场成像技术光学近场成像技术（NSOM）是一种高分辨率成像技术，它利用了光学放大的优势。
这种技术的原理是将一个非常细的微观探头置于物体表面上，并通过探头反射回来的光线形成图像。
这种技术可以获得非常精细的图像，使研究人员可以观察到物体的细微结构和组成。
三、基于显微镜的光学成像技术基于显微镜的光学成像技术是一种通过光学显微镜的放大和配合光源来检测物体表面的组成。
在纳米领域中，这种技术是非常有效的，因为它可以产生非常高分辨率的图像。
此外，可以使用配备有激光的显微镜来提高图像的清晰度和分辨率。
四、光学超分辨率成像技术光学超分辨率成像技术是一种通过比传统方法更高的分辨率来获取精细的图像。
在纳米结构研究中，这种技术可以让研究人员观察到非常小的结构特性，甚至比传统方法更容易区分相邻的结构。
例如，这种技术可以用来观察人们常用的SD卡中的闪存纳米结构。
五、总结综上所述，光学成像技术在纳米结构研究中的应用非常广泛。
目前，许多研究人员正在利用这些技术，探索惊人的纳米级别的结构特性。
虽然每种成像技术都有其优缺点，但基于它们的成像原理，纳米科学方法确定了不断优化普及的宗旨。
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k - k0 同理来求 f TM ( k ) , 为此先设定界面上的 B Z 分
4i k 0 a 3 exp ( - i k 0 a) ・ π ・ 3 k sin ka - 1+ 2 , k > k 0 2 1/ 2 + ka ( )
内.
布: ρ 4 ρ< a 2 1/ 2 sin θ, π ・( a2 - ρ ) ( 6) ρ ≥a 0, 将此结果代入式 ( 2) , 并考虑到横磁波的 Z 分 量为 0 , 可得
离 ( r > 60 nm) 才对总强度有明显作用 . 随着探测 截面沿 Z 轴趋远 , I r 分布不断向 Is 分布靠近 ,最终 在远场两者的分布形态近似重合 . 如图 3 ( b) 、 3 ( c) 所示 . 进一步的近场数值模拟可以得到 Z 为常数 的横截面上光斑分布形态 , 如图 4 所示 ( 深色区为 高强度区) ,其成像孔径为 50 nm , 呈轴对称分布 , 但在 X 和 Y 方向上的分布规律明显不同 , 这主要 缘于入射光场的不对称性 . 随着探测截面远离界 面 ,光斑形态逐渐演变 . 由上述分析可知 , 在同等的 SNOM 探测条件 下 ,接收系统的最佳工作区间应为 Z = 10 nm 附 近. (4) 大孔径的近场分布亦具有较为特殊的形 态 . 如图 5 ( a ) 所示 ,孔径 a 为 125 nm ,入射波长 λ 为 632. 8 nm ,探测横截面 Z = 1. 25 nm ,其径向强 度呈现出双峰结构 , I r 分布为多级振荡 , I Z 的主峰 值相对增大 , 与 I r 的第二峰共同构成总强度的第 二峰分布 ,由此可得如图 5 ( b) 所示横截面上的模 拟光斑 ,其为对称多级分布形态 . 由此可知对于极 近光场探测 ,其强度分布极不均匀 .
138
大连理工大学学报
( 2) 纳米孔径近场源的等强度 ( 光强 ) 线分布
第 40 卷
如图 1 所示 . 其中小孔半径 a = 50 nm ,入射光为 单色平面单位幅值线偏振光波 , 电场沿 X 方向 , X2Z 平面取值范围为 120 nm × 60 nm ,屏下方的曲 线族为 X2Z 平面上等强度线分布 , 沿着 Z 方向 , 在 近场区域其形态呈双峰分布 , 随着 Z 的增大 , 逐步 演化成单峰分布 , 对应探测截面光斑形态由 X 、 Y 方向的非对称分布向全方位角均匀分布演变 . (3) Z 为常数的横截面上的光强及其各分量 分布如图 3 所示 . 孔径均为 60 nm ,分别在 Z = 1 , ) ,计算 10 ,50 nm 取三个横截面 ( 方位角 θ均为 45° 这些平面上的光强及柱坐标三分量随径向距离 r 的变化规律 ( r2 = x 2 + y 2 ) , 图中 I e 为总强度 ( I e = I r + Is + I Z ) , I r 、 Is 、 I Z 分别为对应柱坐标系中ρ, θ, Z 的三个分量 . 由图 3 ( a ) 可知 , 在近场区域 ( Z = 1 nm) ,强度峰值不是分布在 Z 轴上 , 而是在距 Z 轴约 30 nm 的径向位移上 , 其主要贡献来源于 I r 分量 , Is 分量则是由中心 ( r = 0 处) 峰值单调衰 减 , I Z 分量呈现出多级峰谷分布形态 , 且主峰值位 于 r = 70 nm 附近 , 但其值相对较小 , 只是在远距
f TE ( k) B TE ( k ,ρ,θ, Z , t ) ]d k
主模块包括坐标变换 、 龙贝格积分计算 [ 4 ] 、I2Z 场 分布绘制 、 Z2X ( Y ) 平面场强分布计算 、 横截面上 光斑模拟 、 数据存取等功能 , 调用的过程主要有被 ( 积函数 柱坐标系下三分量 ) 计算 、 贝塞尔函数计 算、 偏微商求解等功能 . 采用自行设计的软件完成了多种条件下的近 场模拟计算 ,得到近场随各工作参量的特殊分布规 律如下 : ( 1) 光强沿 Z 方向基本上是以指数衰减的形 态分布 ,但在距离孔中心较远的边缘区域呈现出较 为特殊的分布 . 图 2 ( a) 为距孔中心 1 nm 处的光强沿 Z 轴分 布曲线 , 孔径为 50 nm , 入射光波波长 632. 8 nm (其中 A 、 B、 d、 n、 N 为数值积分控制参数 ) , 光强 分布呈指数快速衰减态势 , 在距孔表面 30 nm 范 围内衰减了 80 % ,其中 10 nm 内为快速衰减区域 . 图 2 ( b) 为相同孔径的边缘场分布形态 , 即在孔平 面上 ,距中心 100 nm 位置沿 Z 方向分布曲线 . 由 图可知 ,光强的峰值不是分布在界面上 , 而是位于 距界面 20 nm 左右的位置上 , 这是小孔金属边缘 的近 场 衍 射 效 应 所 致 . 因 此 , 对 于 上 述 口 径 的
收稿日期 : 1999203225 ; 修订日期 : 2000201205 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (39670208) 作者简介 : 郭 宁 (1968～) , 男 , 博士生 .
具体的物理模型如图 1 所示 , 即 Z = 0 平面上 有一个半径为 a 的圆孔 , 圆孔以外的平面部分为理 想导 电 金 属 界 面 , 入 射 光 场 简 化 为 E = X ・ exp [ i ( k 0 Z - ωt ) ] , 采用柱坐标系求解 Z > 0 整个 半空间内任意一点的场强分布 [ 1 ] . 如果 Z = 0 界 面上的场分布已知 , 即可确定空间中任意一点的光 场分布 . 因此 , 合理地构造界面上的分布形态 , 为 整个数值逼近求解的关键 . 由傅里叶光学理论可 知 , 任何一种光场分布均可以展开为横电波 、 横磁 波两种模式按照不同空间频率 k 加权叠加的形式 , 即可表征如下 :
( b) d = 1. 0 nm , x = 100 nm
a = 50 nm , A = 1 , B = 100 , n = 10 , N = 7 , λ = 632. 8 nm
图 2 I2Z 分布曲线
Fig12 I2Z curves
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
' 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第 2 期
郭 宁等 : 纳米孔径近场光学显微成像的数值分析
[f ∫
0
137
E (ρ,θ, Z , t ) =
∞
TM (
k) E TM ( k ,ρ,θ, Z , t ) + ( 1)
SNOM 光源 ,其探测成像距离应控制在 30 nm 以
式中 : E TM 及 E TE 、 B TM 及 B TE 分别为不同空间频 率 k 的横磁波和横电波的电磁场分布函数 ; f TM 及 f TE 则为各自对应的加权系数 . 横磁波及横电波的 柱坐标系下的具体表达式来源于矢量波动方程的 一般解 [ 2 ] . 求解的关键在于积分系数 f TM 及 f TE 的确定 . 采用数值逼近原理 , 构造并修正界面 ( Z = 0 平面) 上的电磁场分布 , 代入积分方程组 ( 1) 、 ( 2 ) , 通 过 反 变 换 来 求 得 频 谱 系 数 f TM ( k ) 及 f TE ( k ) . 考虑到数值结果对于远场 ( 偶极子发射 场) 及近场的适用性 , 将界面上电场 Z 分量设定为 0, ρ ≤a 4i k 0 a3 exp [ i k 0 (ρ - a ) ] ・ π ・ ( 3) EZ = 3 i k 0 1 2 2 1/ 2 - ρ cos θ, ρ > a ρ(ρ - a ) 而对于 Z 分量来说 , 横电波分量为 0 , 即可得 EZ =
f ∫
0
∞
TM (
k) E TM Z ( k ,ρ,θ, Z , t ) d k
( 4)
其中 : E TM Z 为横磁波 E TM 的 Z 分量 , 通过对式 ( 4) 作逆变换 , 可以求得
f TM ( k) =
4 k0 a3 k exp ( - i k0 a) ・ 2 2 1/ 2 , k < k0 π ・ 3 ( k0 - k )
Fig11 Schematic of near2field optic numerical simulation
1 近场分析模型的建立
基于 SNOM 显微成像的技术构造 , 这里近场 定义为距光源表面波长量级内 ( 约几百纳米 ) 的电 磁分布 . 从空间探测距离上分类 ,有远场 ( 传播场) 与近场之分 ; 从电磁场频谱分布的角度 , 有高频场 与低频场之分 . 高空间频率对应于显微图像的精 细结构分布 ,低空间频率对应于样品图像中的大结 构分布 . 远场与近场均含有高频场和低频场 ,只不 过近场中高频成分占主导地位 , 因此 , 利用近场光 源可以获得超高分辨率的光学显微图像 .
BZ = -
( a) d = 0. 5 nm , x = 1 nm
B Z =
∫f
0
∞
TE (
k) B TE Z ( k ,ρ,θ, Z , t ) d k
( 7)
同理 , B TE Z 为横电波 B TE 的 Z 分量 , 通过对上 式作逆变换以及远场的频谱系数约束性分析 [ 3 ] , 可以得到 sin ka cos ka 4i a2 f TE ( k ) = ・ exp ( - i k 0 a ) π ・ ( ka) 2 ka ( 8) ( ) ( ) ( ) ( 综上 , 由式 5 及 8 回代方程组式 1 、2) , 即可求得 Z > 0 半空间内任一点的电磁场分布 .
2 近场显微成像的数值分析
根据以上各数值计算公式 ,即可模拟纳米孔径 近场光源的场强三维分布 ,编程采用 QBasic 语言 ,
( 2)
f TE ( k) E TE ( k ,ρ,θ, Z , t ) ]d k B (ρ,θ, Z , t ) = [f ∫