论文摘要
近场光学是研究距离物体表面一个波长之内的光学现象的学科,此区域含有用常规光学方法无法探测到的丰富纳米光学信息。随着近场光学显微镜的快速发展,对近场光学的研究无论在理论上还是在实验上都获得了重要进展。在近场光学研究中,金属膜光纤探针对于近场光学光波传播性质的研究具有重要的基础意义,对近场光学显微镜的原理与设计研究具有重要的应用价值。本文采用时域有限差分法(FDTD)对亚波长尺度的锥形镀膜光纤探针的近场光场分布进行了计算模拟和理论研究,并首次获得了光学探针光波近场振幅分布和相位分布。全文共分五章第一章对时域有限差分法(FDTD)的发展过程、时域有限差分法(FDTD)的特点及在各方面的应用进行了综述。第二章介绍了时域有限差分法(FDTD)的基本原理。本章从麦克斯韦方程出发,给出了时域有限差分法(FDTD)的基本差分方程,讨论了时域有限差分法(FDTD)数值解的稳定性与时间步长和空间步长之间的关系,对其数值色散问题进行了分析。第三章对时域有限差分法(FDTD)中目前比较常用的完全匹配层(PML)吸收边界条件的原理做了详细的介绍。通过在计算区域截断边界处设置一种特殊介质层给出了截断边界网格点处场的特殊计算方法,使得用有限的网格空间就可以模拟电磁波在无界空间中的传播。第四章基于时域有限差分法(FDTD)对光透过亚波长小孔后的电磁场分布进行了计算,发现由于介质的不连续性,光在传播过程中失去了原来的偏振特性,产生了退极化现象。提出了对探针近场光波振幅和相位的时域有限差分法计算,首次获得了光学探针光波近场振幅分布和相位分布。从麦克斯韦基本方程出发,揭示了隐含在振幅与相位分布特征中的内在物理本质。第五章总结了本论文的主要内容,制定了后续工作计划。