纳米光子学1-余
纳米光子学-第7讲（精品pdf）
Photonic crystal LED
Pump wavelength
20
1.0
Photonic Crystal
Snell’s law
y
n
2
"2 c2
=
kx2
+
k
2 y
x
n1 = 1
θ1
n2 = 1.5 θ2
n1 sin"1 = n2 sin"2
crystal
Constant frequency contour in a 2D crystal
Constant frequency diagram for the first band
Luo et al, Phys. Rev. B 65, 201104, 2002; M. Notomi, Phys. Rev. B 62, 10692, 2000
Super-lens and constant frequency
ω=0.165 2πc/a Air
P. C.
Vg = ∂ k ω(k) group velocity
constant frequency contour of the photonic crystal. • The frequency is below 0.5 2πc/a.
Luo et al, Phys. Rev. B 65, 201104, 2002
3D Photonic crystals and PC slabs
研究组招生介绍 - Nanophotonics Reserch Groups
研究组招生介绍本研究组将在下列方向招收博士、硕士研究生，以及博士后研究人员，欢迎咨询及报名。
☐研究方向⏹微纳光纤传感器Stay on the top of the world. Vision, ambition, and determination.导师组成员：张磊、童利民微纳光纤具有尺寸小、光场约束能力强、倏逝波比例大、易于弯曲等优点，在制备高灵敏度、快速响应、微型化的光学传感器方面具有独特优势。
国内外有许多研究组从事微纳光纤传感器的研究工作，研究表明微纳光纤传感器在生命科学、环境监测、食品安全检测等领域具有广阔的应用前景，而且越来越接近实用水平。
本研究组是国际上微纳光纤及其传感器应用研究方面的代表性研究组之一，具备国际一流的研究基础和实验设备，致力于微纳光纤传感新原理、新结构和新技术方面的研究，同时发展具有实用前景的高灵敏度、快速响应、微型化微纳光纤传感器（例如：比目前常规传感器尺寸小100倍、响应速度快100倍的微纳光纤湿度传感器，飞升级检测体积的单分子、单颗粒传感器，用于智能手套的微纳光纤角度传感器，微纳机械实时监测的纳米光纤传感器等等）。
微纳光纤传感结构及微流控芯片集成⏹表面等离激元光子学及器件Surface plasmonics and nanophotonic devices导师组：郭欣、张磊、童利民随着未来信息技术和纳米技术的不断发展，光子器件及其互联光路的特征尺寸将逐步由亚波长向深亚波长及纳米尺度迈进，表面等离激元因其具有强光场约束、表面场增强等特性，成为突破衍射极限、实现深亚波长尺度约束最有效的方式之一，已经在高性能传感、超快光子器件、高密度光子集成、量子光学等领域显示出巨大的应用潜力。
本研究组一直从事表面等离激元光子学及器件应用方面的研究，在“光子-表面等离激元”复合结构激光器、金属纳米线气体/液体传感器、金属颗粒掺杂功能化聚合物波导等新型微纳光子器件方面取得了重要的研究进展，多项研究结果被《Nature China》、《NPG Asia Materials》等学术刊物专题报道。
量子点纳米光子学及应用
当然，这本书并非没有可以改进之处。对于非专业人士来说，某些章节可能存 在一定的阅读难度。但正是这些深入浅出的内容，使得这本书成为了一本兼具 专业性和普及性的佳作。我相信，无论是科研工作者还是对物理和技术感兴趣 的读者点纳米光子学及应用》这本书为我揭示了一个充满无限可能的新领域。 通过阅读这本书，我对量子点和纳米光子学的认识得到了极大的丰富和深化。 我相信，随着这一领域的不断发展，我们将会看到更多的创新应用和突破性成 果。对于那些渴望探索未知世界的读者来说，这本书无疑是一个极好的起点。
目录分析
《量子点纳米光子学及应用》是一本深入探讨量子点纳米光子学的专业书籍， 其目录结构严谨，层次分明，为读者提供了清晰的学习路径。
这本书的开篇对量子点的基本概念、特性和制备方法进行了详细的阐述。通过 这一章节，读者可以对量子点有一个初步的了解，为后续深入学习奠定基础。
接下来，作者深入探讨了量子点纳米光子学的核心内容。这一部分涵盖了量子 点与光子的相互作用、量子点的光学性质以及其在光子器件中的应用等。通过 这一章节，读者可以深入了解量子点在光子学领域的重要作用，以及其独特的 优势和潜力。
“量子点纳米光子学的应用前景是无比广阔的。它可以应用于太阳能电池、生 物成像、医学诊断和治疗、信息存储和加密等领域。随着技术的不断进步和研 究的深入，我们有理由相信，量子点纳米光子学将在不远的将来改变我们的生 活。”
这些摘录只是《量子点纳米光子学及应用》一书的冰山一角，书中还有更多精 彩的内容等待我们去探索。通过阅读这本书，我们可以深入了解量子点纳米光 子学的奥秘，激发我们的好奇心和求知欲，为未来的科技发展贡献自己的力量。
内容摘要
随着量子点技术的不断发展和完善，它在光电器件、生物成像和传感、太阳能转换等领域展现出 巨大的应用潜力。本书通过介绍这些应用领域的最新研究进展和未来发展方向，展示了量子点纳 米光子学的巨大应用价值。 《量子点纳米光子学及应用》这本书对量子点纳米光子学进行了全面而深入的探讨，为相关领域 的研究人员提供了重要的理论和实践指导。通过阅读这本书，读者可以深入了解量子点的基本原 理、关键技术和应用前景，从而更好地理解和应用这一前沿领域的知识和技术。
纳米光子学研究与应用
纳米光子学研究与应用纳米光子学是最近几年来新兴的领域，其研究旨在利用纳米尺度的结构来控制和操纵光子，从而实现新型的光电学设备和器件。
这个领域的研究涉及到多个方面，包括材料物理学、光学、电子学和器件制备等。
本文将简要介绍纳米光子学的研究方向和应用，以及现有的一些成果和发展趋势。
一、纳米光子学研究方向纳米光子学的研究方向主要有以下几个方面：1. 元器件制备：纳米光子学研究的第一步就是制备出具有特定形态和结构的纳米级光子结构，如纳米线、纳米棒、纳米球等。
制备这些结构需要使用现代纳米技术，如电子束光刻、化学气相沉积等。
2. 光子学效应研究：利用纳米级结构对光子进行控制和调制，进一步研究纳米级结构的光学性能。
这个方向主要涉及到物理光学和电磁学等基础科学，如表面增强拉曼散射、量子纳米光学等。
3. 纳米光子学器件：在纳米级结构的基础上，构建出新型的光电学器件，如纳米激光器、纳米传感器、纳米光学调制器、纳米激光器和光子晶体等。
这些器件可以被用作信息处理、能源收集和储存、医疗影像等领域。
二、纳米光子学应用领域纳米光子学的应用范围广泛，其中一些应用正在研究中，一些已经得到了实际应用，下面是一些主要应用领域的简要介绍：1. 生物医学：纳米光子学的应用非常广泛，用于制备纳米级生物传感器、纳米药物输送器等。
这些器件具有很高的灵敏度和选择性，可以用来监测生物分子、细胞和组织结构等。
2. 能源领域：纳米光子学在太阳能电池和光催化领域有着广泛的应用。
利用纳米级结构可以控制太阳能电池的电子运动轨迹，从而提高光电能转换效率。
在光催化领域，纳米级结构可以增强光吸收，从而提高反应速率和效率。
3. 信息处理：纳米光子学在信息处理领域的应用是一大热点。
纳米级结构可以用来制备超高密度光存储器，单光子计算机和通信器件等。
4. 其他领域：纳米光子学还可以应用在安全防伪、纳米光子学显示技术等领域。
三、纳米光子学的新进展和发展趋势纳米光子学的研究是一个快速发展的领域，近年来有很多新的进展，这里列举几个新的成果和发展趋势：1. 第一种可重复制造的纳米光子晶体结构：科学家们研究出了一种新型的纳米光子晶体结构，并且成功地实现了大批量可重复制造。
纳米材料表征技术
非弹性散射电子：这些电子在穿过样品时损失了部分能 量，方向也有微小变化。用于电子能量损失谱，提供成分 和化学信息。也能用于特殊成像或衍射模式。
技术概述
材料的传输性能与材料内部参数所产生的流有关，由广义力 与所产生的流之间的比例常数来表征，如电导率、扩散系数 等。
材料还有一些难以用单项性能进行评价的特征，如两种材 料之间可接合性、材料的可加工性、抗腐蚀性等。有一些材 料性能随使用环境的要求更难描述，如使用于生物体内的材 料所要求的生体性能、在空间条件下合金的凝固性能等。 在 材料中运动的载流子由于某一方向受约束，当约束尺度小于 运动粒子的自由程时，表现出一定的量子特性。电子的平均 自由程在数十纳米范围，因此一些纳米结构显示电学的量子 性质。无论是孤立对该纳米结构进行性能测量还是把它与另 一些部件连接成一个系统进行量子特性的测量，都面临局域 和信号与噪声比的挑战，这是纳米结构测量中的特有问题。
主要表征方法和用途表征分析方法名称英文简称主要用途低能电子衍射leed有序原子结构分析透射电子显微镜tem样品形貌像扫描电子显微镜sem样品形貌像扫描隧道显微镜stm样品形貌像原子力显微镜afm样品形貌像x射线光电子能谱学xps成分分析俄歇电子能谱学aes成分分析现势谱学aps成分分析紫外光电子能谱学ups电子结构分析角分解光电子能谱学arpes电子结构分析拉曼散射谱raman原子态分析常用的纳米材料的表征分析方法名称及主要用途当聚焦电子束照射到材料样品上如果入射束有足够的束流以产生显微分析所需的信那么电子与样品相互作用所产生的信息可以为材料工作者提供丰富的资料
表面等离激元纳米光子学 理论说明以及概述
表面等离激元纳米光子学理论说明以及概述1. 引言1.1 概述表面等离激元纳米光子学是一门新兴的领域，涉及到表面等离激元的概念、起源与发展以及在纳米光子学中的应用。
随着科技的进步，人们对于光子学的研究也越来越深入，而表面等离激元作为一种特殊性质和行为的媒介，引起了广泛关注和研究。
本文旨在通过理论说明和综述的方式，全面介绍表面等离激元纳米光子学的相关理论和应用，并对其未来发展进行展望。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、表面等离激元纳米光子学理论说明、表面等离激元纳米光子学的主要要点一、表面等离激元纳米光子学的主要要点二以及结论与展望。
其中，引言部分对文章进行整体介绍，并阐述了文章的结构安排。
1.3 目的本文旨在对表面等离激元纳米光子学进行深入探讨和全面概述，明确表面等离激元的概念以及其在纳米光子学中的应用。
同时，通过对主要要点一和主要要点二的介绍，展示表面等离激元纳米光子学领域内的重要研究方向，并在结论部分总结目前的研究成果并对未来发展趋势进行展望和提出建议。
通过本文，读者可以了解到表面等离激元纳米光子学领域的最新进展，为相关领域的研究者提供有益参考。
2. 表面等离激元纳米光子学理论说明：2.1 等离激元概念介绍表面等离激元是一种集体震荡模式，发生在介质表面和金属之间。
它是由光场与电子自由电子气相互作用所导致的电磁波和电荷密度共振耦合效应。
在这个过程中，表面电子和光场之间的耦合引起了具有特定能量和动量的新粒子态的产生。
2.2 表面等离激元的起源与发展历程表面等离激元最初于1957年由斯托拉尼率先提出，但直到20世纪70年代末和80年代初，随着先进的实验技术的发展与纳米材料制备技术的突破，对其物理性质及应用前景的深入研究得以进行。
人们开始认识到等离激元在光学、化学、生物医学等领域中具有广泛的应用价值。
2.3 表面等离激元在纳米光子学中的应用表面等离激元在纳米光子学中具有丰富的应用前景。
首先，它能够在纳米尺度上实现超分辨率成像，从而有效突破传统光学的分辨极限。
激光、光子和生物光子研究所
二、飞秒激光器 相干公司生产的 Libra–USP-HE 钛 蓝 宝 石 飞 秒激光系统和 OPA 系统，放大 系统出射激光脉宽为 50fs， 激光功率为 4W，经 OPA 调制 后输出激光波长在 240nm 到 2600nm 范围可调。
四、傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪 型号：Nicolet iS 50 于对干涉后的红外光进行傅里叶变换 的原理而开发的红外光谱仪，主要由红 外光源、光阑、干涉仪（分束器、动镜、 定镜）、样品室、检测器以及各种红外 反射镜、激光器、控制电路板和电源组 成。光谱分辨率：优于 0.09 cm-1，可 以对样品进行定性和定量分析，可进行 拉曼光谱检测。
国际纳米光子与生物光子联合研究中心 IJRCNB
本中心广泛深入地开展光子学及 相关领域的研究和开发。IJRCNB 的目 标是在中心成立的最初 2 年内依托 ILPB 在光子学研究领域的人才、技术 和设备，将 CUST 悠久的光电历史和 ILPB 最先进的理念结合在一起，迅速 带动两校（所）在各自领域的学科建 设和人才培养，大大提高 CUST 及 ILPB 在世界范围内的学术地位和竞争实力。在今后的 5-10 年内 IJRCNB 预计将自身建
十二、酶标仪 型号：Infinite M200 PRO Infinite 200 PRO 功能超强，可广泛应用于众多生 物学研究领域：DNA/RNA 定量检测 蛋白定量检测、离子通道研究、离子流研究 钙离子检测、报告基因和基因表达分析、细胞活 力和细胞毒理研究、细胞学检测
六、光学相干断层扫描 OCT 型号：Telesto-II OCT 光学相干断层扫描（OCT）提供实时的一维的深度图像，二维的横截面图像，并以微米 级的分辨率在毫米级别成像深度成三维立体图像。OCT 系统的非接触式，非侵入式优势 使得它更适合成像如生物组织，小动物和工业原料等样品。
纳米光子学
29
21世纪初科技发展的总趋势
• 一个兴起：光子学与纳米科学与技术； • 二个焦点：
环境，பைடு நூலகம்源；
• 三个关注：
地球科学，海洋科学，空间科学；
• 四个支撑：
信息技术，材料技术，制造技术，生命科学技术
30
纳米光子学的未来应用：
磁存储
12
• 回顾电学和光学的发展历史，我们可以发现：
物理学的两个孪生分支——电学和光学，它们 的发展历程是相似的且又是相辅相成的。
• 光子学是研究光子与物质相互作用及其应用的
一门新兴学科
13
基础学科 电学
（18世纪开始） 电磁场理论
电子物理学
（20世纪开始） 电子管与电子线路理
论
光学
（18世纪开始） 基于自发辐射光源
静态随机存取存储器(SRAM)芯片。
Dr.Gordon E. Moore CMOS芯片制造工艺极限5nm---预计2017年制程达3nm
20
摩尔定律何时了
芯 片 集 成
• “任何指数函数一 度 旦外推到一定程度 10亿 都会遇到阻碍。
• ……我们不可能做得 更小了。”
• -----戈登·摩尔
2017年
-------
1
纳米光子学简介
• 学科的形成：
1.科学技术的进步，一种新的集成工艺；
• 学科的定义：
2.纳米光子学是研究在纳米尺度上光与物
质相互作用的一门学科。利用近场光学对纳米 器件进行设计制造和运用的技术 ，属于光子学 的分支。
内容分类：
1. 在纳米尺度上限制物质 2. 在纳米尺度上限制波的辐射 3. 在纳米尺度上的光学加工
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1表面等离子激元（SPPs）：定义：是在金属表面区域的一种自由电子和光子相互作用的形成的电磁模。
性质：1.在垂直于界面的方向场强呈指数衰减；2.能够突破衍射极限；3.具有很强的局域场增强效应；4.只能发生在介电参数（实部）符号相反（即金属和介质）的界面两侧。
激发方式：(1)波导结构：利用波导边界处的倏逝波激发表面等离子体波，使波导中的光场能量耦合到表面等离子体波中。
在实际的研究中，常采用光纤做波导，剥去光纤某段的包层，再镀上金属；(2)棱镜耦合：包括两种，一种是Kretschmann 结构，另一种是Otto 结构。
Kretschmann 结构适用于金属薄膜，入射光以大于全反射角的角度入射，利用棱镜的高折射率进行波矢补偿，类似于油浸透镜的原理。
2sin spp p k n p q l =；对于较厚的金属膜，Otto 结构比较适合。
在该结构中，虽然全反射棱镜和金属膜之间有很小的空气间隙(近场区域)，仍可在金属和空气间隙的界面上激发SPPs。
(3)光栅耦合：利用光栅引入一个额外的波矢量的增量实现波矢量的匹配。
(4)近场耦合：对于粗糙表面，不需要任何额外的结构设计，表面粗糙的衍射效应就可以提供在金属膜表面激发SPPs 所需的波矢补偿即直接的光照射便激发SPPs。
(5)NSOM 激发：用一个尺寸小于波长的探针尖在近场范围内去照射金属表面，由于探针尖尺寸很小，从探针尖出来的光会包含波矢量大于SPPs 矢量的分量，这样就能够实现波矢量的匹配。
(6)采用强聚焦光束，利用高数值孔径的显微目镜可直接接触到介质层，在介质层与目镜之间涂上匹配油层，高数值孔径能够提供足够大的入射角，实现波矢量匹配，从而激发出表面等离子体波。
2金属电介质界面表面等离子色散关系的物理意义：1/2m d m d c εεωβεε⎛⎞=⎜⎟+⎝⎠,β为传播常数。
m ε表示金属或者半导体介质相对介电常数；d ε表示电介质相对介电常数。
其实部和虚部为：1/2d mr r d mr c εεωβεε⎛⎞=⎜⎟+⎝⎠，3/222()mi d mr i mr d mr c εεεωβεεε⎛⎞=⎜⎟+⎝⎠物理意义：等离子体中存在的波的频率和波矢之间的关系需满足色散关系，而色散关系完全确定给定条件下等离子体中可能存在的波的全部性质。
SPP 色散关系可以完全描述SPP 的光特性，是进行SPP 相关研究的基本理论基础。
3任选一种表面等离子激元应用，简述原理。
表面等离子传感器（图）偏振光入射到金属薄膜上，经聚焦若入射角度满足()()2121arcsinεωωεωωθ+=，产生SP 激发，SP 与n 有敏感的关系，下面是流体通道，内放有特殊物质，从而折射率n 变化，即θ也变化，角度的变化反应n 变化，从而确定生物组织是否变化。
4光子晶体的基本概念（带隙成因与电子材料的区别）概念：是一种介电常数周期性调制的微结构材料，尺度为波长量级，具有光子带隙特性的人造周期性电介质结构，是1987年美国贝尔研究中心的Eyablono witch 和普林斯的S.John 分别独立提出了光子晶作的概念。
光子带隙：在一定频率范围内的光子在光子晶体的范围内的某些方向上是禁止传播的。
完全带隙，在一定频率范围内，任何偏振与传播方向的电磁波都被严格禁止，这种情况只有在三维晶体中才能实现。
光子晶体特性：①抑制自发辐射：带隙中密度力零，自发辐射几乎为零，这也抑制了自发辐射②光子局域化，光子晶体原有的对称性遭到破坏时，即有了缺陷，在光子晶体中禁带就可能出现频宽极窄的缺陷态或域态。
与缺陷频率符合的光子会被局限在缺陷位置，而不能向空间传播。
与半导体的区别：半导体：原子周期性排列，原子尺度自然结构，控制电流。
1950年电子技术革命。
光子晶体：介电常数周期性变化，尺度波长量级，人工结构，控制电磁波传播，现在光学新领域。
与电子材料的区别：①电子和光子具有不同波，可见光400－700nm，电子0.1nm②电子系统遵循薛定谔方程ϕϕϕE )r (V u2h 22=+∇−，光子系统依照亥姆霍兹方程()()0E r cE E 22=−⋅∇∇+∇−εω③带隙成因不同：电子在周期场中传播时由于会受到周期势场的布拉格散射会形成能带结绝，带与带之间可能存在带隙，电子波的能量如果落在带隙中，传播是禁止的，电磁波在周期性介质材料中传播时，由于受到调制而形成光子能带结构，频率落在带隙内的电磁波不能通过介质，而被全部反射，即形成光子带隙。
（图）自然界的光子晶体：蛋白石：一种天然宝石，以乳白色居多，不同角度观赏呈不周颜色，具有七彩缤纷的外观。
成因：含SiO2地下水渗入岩缝沉积形成，沉积1CM3的蛋白石约需10000年。
应用：已有多种基于光子晶体的全新光子学器被相继提出，包括无阈值的激光器，无损耗的反射镜和弯曲光路。
高晶质因子的光学微腔，低驱动能量的非线性开关和放大器，波长分辨率极高而体积极小的超棱镜，具有色散补偿作用的光子晶体光纤，以及提高效率的发光二极管等。
光子晶体近期在国际上的应用进一步深化，具体表现在：1、与纳米技术结合，用于制造微米级的激光硅基。
2、与量子点结合，使得原子和光子的相互作用影响材的性质，从而达到减小吸收等作用。
3、光子晶体的光纤应用。
5微腔的品质因子，精细度，自由电子谱宽度。
光学微腔是一种尺寸在微米量级或者亚微米量级的光学谐振腔。
它利用在折射率不连续的界面上的反射全反射散射或衍射效应，至少在一个方面将光限制在一个很小的区域。
最简单模型：（C－J 2模型，即单膜场与二原子能级作用，可给出解析解）)a a a (g a a W 2W H R d ++++++−=σσ理想腔：无损振荡—Rabi 实际：Dumped 振荡。
三种典型的微腔：1、F－P 腔：Q 不高，模式体积大。
2、回单壁模式微腔：轴对称，内反射对光控制，Q 很高，容易集成。
3、光子晶体微腔：引入缺陷，Q 高，模式体积小。
（画图，公式）6量子点石墨烯量子点：由少量原子构成的体积很小的固体材料。
量子点是尺寸一般在100nm以下，外观恰似一极小的点状物，其内部中子在各方向上的运动都受到局限，所以量子局限效应特别显著。
由于量子局限效应会导致类似原子的不连续的电子能级结构，因此量子点又被称为人造原子。
制备：①在量子阱结构上进行精细加工②化学溶胶法，可制作多层量子点，过程简单，可大量生产③自组装法④光刻与蚀刻法⑤其他方法，如利用STM的钱尖制做的金纳米量子点等。
量子点材料在发光激光、生物及医学领域具有十分广阔的应用前景。
应用：量子点发光的颜色可通过改变量子点尺寸、表面特性及材料等多种方法来控制，而且其发光效率高，可以用来制做高效发光器件。
1994年第一个量子点的激光器研制成功，1996年第一个室温下工作的量子点激光器研制成功。
主要优点：阈值电流密度远低于传统激光器和量子阱激光器。
石墨烯是采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中形成碳的团簇，质谱分析发现C60和C70的新谱线。
C60具有高稳定性的新奇结构。
它是一个32面体，其中有20个六边形和12个五边形所构成。
是C原子构成的单层片状结构的新材料。
性质：①石墨烯具有特殊的力学性质，它比钻石还坚硬。
当片状足够大时，结构是稳定的，而且强度超过单层铁原子的100倍。
②有很好的光学性质，它几乎是透明的，对光的吸收率27%。
③具有超强的导电性，是目前已知导电性能最出色的材料。
石墨烯中的电子具有类似相对论性电子的性质，电子的速度远小于光速，但其性质很像高速运动的电子，必须用相对论量子力学来描绘。
④量子霍尔效应。
半导体在极低温度下才具有这种效应，而石墨烯在室温下就会有这种奇特的性质。
应用：应用面很广，太阳能电池，传感器，纳米电子学，高性能纳米电子器件，气体传感器，半导体等。
电子具有粒子性，又具有波动性，因而存在隧道效应，在制造半导体庥成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸在0.25um，目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。
7提高传统光学显微镜的方法和原理光学显微镜图像的大小主要取决于光线的波长和显微镜的有限尺寸，其分辨率的提高受光波长和数值孔径等因素限制，可通过选择更短的波长、提高数值孔径，用折射率很高的材料等方法。
①共聚焦：应用探测针孔去除非共焦平面荧光目标产生的荧光来改善图像反差。
共聚焦显微镜的PSF与常规显微镜的是平方关系，分辨率的改善很高，为获得满意的图像，三维共聚焦技术需要使用高强度的激光从而导致染料漂白，对活生物样品产生毒性，加之结构复杂，价格昂贵，从而使应用在一定程度上受到了限制。
②非线性光学方法（拉曼散射）：可用于检测极少量的荧光甚至是无标记物的样品。
双光子成像利用超快激光脉冲与介质作用产生的倍频相干辐射作为图像信号来源。
SHG一般为非共振过程。
光子在样品中只发生非线性散射不被吸收故不会产生伴随的光化学过程，可减少对生物样品的损失。
SHG成像不需要进行染色，可避免使用染料带来的毒性。
因其对生物样品无损，测量或长时间动态观察显示出独特的应用价值，越来越受到生命科学研究领域的重视。
8SNOM扫描近场光学显微镜原理及应用成像过程：激光通过光纤耦合器进入光纤探针，而光纤探针是固定在压电陶瓷音叉上通过外电压佝音叉在其共振频率下平行于样品表面振动，当探针和样品音叉的间距改变时，音叉振幅受样品表力作用发生改变，从而影响音叉电压，因此振幅变化引起的电压变化就能监控样品与探针的距离。
探针没样品表面扫描的同时，利用反馈回路使探针与样品表面距离保持固定，回馈电信号的大小变化就反映了样品表面的高度变化，以此得到样品表面的形貌图。
通过显微镜物镜收集，并由光电倍增管接收后，通过数据采集，输入计算机，就形成近场光学图像。
应用：染色体是遗传物质的载体，是脱氧核糖核酸以及核蛋白在细胞分裂时的呈现形式。
SNOM能对直接标记的染色体高分辨成像，直接标记染色体，利用SNOM的形貌对染色体荧光原位杂交的两过程的形态和近场荧光激发进行比较。
9纳米材料制备过程、工艺。
重点在：光刻工艺过程，特点，以及光刻胶的特点。
一般的光刻工艺要经历硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻胶、软烘、对准曝光、后烘、显影、硬烘、刻蚀、检测等工序。
首先，通过金属化过程，在硅衬底上布置一层仅数纳米厚的金属层。
然后在这层金属上覆上一层光刻胶。
这层光阻剂在曝光（一般是紫外线）后可以被特定溶液（显影液）溶解。
使特定的光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，可以对光刻胶进行选择性照射（曝光）。
然后使用前面提到的显影液，溶解掉被照射的区域，这样，光掩模上的图形就呈现在光刻胶上。
通常还将通过烘干措施，改善剩余部分光刻胶的一些性质。
上述步骤完成后，就可以对衬底进行选择性的刻蚀或离子注入过程，未被溶解的光刻胶将保护衬底在这些过程中不被改变。