论文题目: 近场光学理论和非探针近场光学显微镜关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 测试计量技术及仪器
作者: 吴才章
导师: 叶虎年
关键词: 近场光学,近场光学显微镜,准静态电磁场,影像偶极子,偏振效应,结构共振,阿达玛变换,循环矩阵
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 扫描近场光学显微镜是一种突破经典分辨极限的新型光学仪器,它通过光探针探测样品表面隐失场信息,获得纳米尺度的超分辨率图像。自从发明以来,引起了人们极大兴趣,世界各地学者对近场光学理论和技术研究至今方兴未艾。在详细研究了近场光学显微镜工作原理,结合我们在阿达玛成像方面的长期积累,提出了一种非探针多通道近场光学显微成像方法。这种新型非探针近场光学显微成像系统实际上避开了探针定位的难题,为近场光学显微镜研究开辟了一条新思路。本文围绕近场光学理论和非探针近场光学显微成像技术展开研究,主要分理论研究和实验研究两个部分。第一部分是理论研究,包括两个方面:一是在不考虑相互作用情况下,应用宏观电磁场理论对近场光学显微镜进行研究; 二是在考虑相互作用情况下,应用微观电磁场理论对近场光学显微镜进行研究。第二部分是实验研究,主要针对多通道非探针红外近场光学显微成像实验系统进行具体研究。主要研究内容及创新如下: 理论方面:在宏观电磁场理论基础上,建立了一种研究近场光学显微镜中样品近场光分布特性的理论模型,应用矢量衍射理论,得到了系统场方程。在小波动样品条件下,采用微扰法对场方程进行了求解,用该方法能方便地得到样品表面各阶近场光反射和透射模复振幅表达式。提供了一种计算样品表面近场分布的简便方法,使我们对样品近场分布特点有了更加明确的认识。在小孔衍射偶极子理论模型和光波导理论基础上,推导了有限厚导体屏上亚波长小孔近场光强分布公式,得到了小孔近场电磁场分布的严格解。计算结果不仅对深入了解小孔近场光分布机理非常有益,而且可直接应用于非探针型近场光学显微镜中基码板或其它近场光探针的设计。在考虑探针和样品相互作用基础上,提出了一种模拟扫描近场光学显微镜工作原理的新理论模型。在该模型中,探针和样品突起都由光极化偶极子表示,在准静态电磁场近似情况下样品表面诱导极化效应由影像偶极子表示,应用偶极子辐射理论可以得到系统的自洽场方程。该方法与通过并矢传播子方法得出的结果完全相同,而且推导过程更加简单直观。此模型避免了由于并矢传播子法推导复杂性引起的不易于揭示探针和样品相互作用微观机理的缺点,提供了一种直观分析扫描近场光学显微镜中探针和样品相互作用机理的新方法。在此新型近场光学显微镜理论模型基础上,对近场光学显微镜中一些重要的光学效应进行了详细讨论,特别是近场显微镜中的偏振效应,共振效应以及金属样品近
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1．1 发展概况
1．2 近场光学显微镜的基本原理
1．3 近场光学显微镜的基本结构和关键技术
1．4 SNOM 的不同工作方式
1．5 近场光学显微镜的应用
1．6 本文的主要工作及创新
2 用于近场光学成像研究的各种宏观理论
2．1 引言
2．2 宏观角谱理论
2．3 宏观散射理论
2．4 复合多极子方法
2．5 有限时域差分法(FDTD)
2．6 宏观理论对非探针近场光学显微镜中样品近场光分布特性的研究
2．7 本章小结
3 微观传播子自洽场理论对近场光学显微镜的研究
3．1 引言
3．2 亚波长球形介质粒子的偶极子模型
3．3 无限薄导体屏上亚波长小孔的偶极子模型
3．4 并矢传播子-自洽场理论
3．5 本章小结
4 近场光学显微镜的一种新模型:准静态电磁场方法
4．1 引言
4．2 有限厚导体屏上亚波长小孔近场光学特性的研究
4．3 准静态电磁场理论模型
4．4 近场显微镜中的偏振效应
4．5 近场光学显微镜中的材料共振
4．6 近场光学显微镜中的结构共振
4．7 本章小结
5 非探针中红外近场光学显微镜的结构设计
5．1 引言
5．2 阿达玛变换原理成像方法
5．3 编码矩阵的构成
5．4 基于阿达玛变换多通道红外近场光学显微镜
5．5 本章小结
6 非探针红外近场光学显微镜关键技术的研究
6．1 引言
6．2 中红外非探针近场光学显微镜码板材料的选取
6．3 编码板的设计
6．4 微动工作台的研制
6．5 本章小结
7 非探针红外近场光学显微成像测量与实验结果
7．1 前言
7．2 传感器的研制
7．3 单孔测量实验
7．4 编码测量实验
7．5 快速阿达玛解码算法及解码结果
7．6 本章小结
8 全文总结及展望
8．1 全文总结
8．2 展望及今后工作建议
致谢
参考文献
附录 攻读博士期间以第一作者发表的学术论文
发布时间: 2006-04-05
参考文献
- [1].近场光学显微成像数值模拟研究[D]. 王晓秋.大连理工大学2004
- [2].高时间分辨近场扫描光学显微术的研究[D]. 张工力.中国科学院西安光学精密机械研究所2001
相关论文
- [1].基于纳米结构表面增强拉曼散射的近场光谱学与掩埋分子体系研究[D]. 江洋.厦门大学2008
- [2].一维微纳结构的近场光学表征及应用[D]. 马哲.浙江大学2010
- [3].高时间分辨近场扫描光学显微术的研究[D]. 张工力.中国科学院西安光学精密机械研究所2001
- [4].纳米复合薄膜的近场光学性能[D]. 区定容.清华大学2004
- [5].原子力与光子扫描隧道组合显微镜功能性样机[D]. 章健.大连理工大学2005
- [6].多功能扫描探针显微镜的研制和应用[D]. 李银丽.大连理工大学2006
- [7].扫描探针显微镜生物成像研究与光镊的FDTD模拟[D]. 孙伟.大连理工大学2006
标签：近场光学论文; 近场光学显微镜论文; 准静态电磁场论文; 影像偶极子论文; 偏振效应论文; 结构共振论文; 阿达玛变换论文; 循环矩阵论文;