实验六 近场光学显微系统成像原理与实验系统.docx

实验六：近场光学显微成像原理与实验系统

姓名：孟超
学号：38092105

实验目的：
了解近场光学显微成像的基本原理、实验方法和系统组成
了解近场光学显微技术在纳米科技中的应用

实验原理：
突破传统光学衍射极限
近场概念：
传统的光学理论只研究远离光源或者物体的光场分布，一般统称为远场光学。远场光学在原理上存在着一个衍射极限，限制了利用远场光学原理进行显微时的最高分辨率
而近场光学则研究距离光源或者物体一个波长范围内的光场分布。在近场光学研究领域，远场衍射极限被打破，从而可以提高显微成像的光学分辨率

实验思考题：
近场光学显微术为什么具有超过光学衍射极限的分辨率？
近场光学主要探测的是束缚在物体表面的非辐射场。普通光学成像的分辨率由于受到衍射极限的限制,理论上不能超过入射光波长的一半,在可见光范围内,这一值约为200nm。当入射光通过一个直径小于波长的小孔时,样品上只有相当于小孔直径的范围被照射,此时扫描成像的分辨率将取决于探针的最小尖端的直径以及探针样品间距。近场光学的本质是探测由物体衍射产生的携带低于λ/2空间频率的传导分量和携带高于λ/2空间频率的非辐射分量即:隐失场(evanescentfield)分量。而隐失场的有效范围仅限于一个波长以下,所以当使用纳米尺度的探头在样品近邻扫描时,理论上可以将衍射场的非辐射分量记录下来并转换为传导分量,从而极大地拓宽系统频带,因此可以获得超高分辨率。从而突破了光学衍射极限。

实现近场成像的关键技术？
近场测控
系统集成
三维扫描器
光学探针

文献翻译：
NEAR-FIELDMICROSCOPYOFSECONDHARMONICGENERATION
IgorI.Smolyaninov,ChiH.Lee,andChristopherC.Davis
ElectricalEngineeringDepartmentUniversityofMaryland
CollegePark,MD20742,USA
phone:[phone]fax:+1-3O1-314-9281
e-mail:smolyeng.umd.edu
KEYWORDS:Near-fieldoptics,secondharmonicgeneration,piezoceramic

二次谐波近场光学显微镜
玛丽兰大学电子工程系
关键词：近场光学，二次谐波，压电陶瓷

ABSTRACT
Near-fieldscanningopticalmicroscopy(NSOM)allowssimultaneousmappingofboththetopographyandopticalpropertiesofasurfacewithresolutionbelowthediffractionlimit.Secondharmonicgeneration(SHG)alwaysoccursatasurface,evenforcentrosymmetricmedia,becauseofsymmetrybreaking.BycombiningNSOMandSHGwecanstudylocalvariationsinsymmetrybreaking,causedforexamplebyferroelectricandferromagneticdomains,andcancorrelatethemwithsurfacetopography.WereportNSOMJSHGmeasurementsmadeonpiezoelectricceramics,ferromagneticmaterialsandperiodicstructures.

摘要：
近场光学显微镜（NSOM）可以突破衍射极限，以高分辨率把材料表面的形貌和光学特性很好的展现出来。二次谐波的产生（SHG）总是发生在表面，甚至对于中心对称的媒介也是，这是因为是破坏了对称关系。把SHG（二次谐波产生）和NSOM（近场光学显微镜）联系在一起，我们可以研究诸如铁电、铁磁的畴引起的破坏对称性方面的局域变化，然后我们可以把它们和表面形貌结合在一起。我们报告的测量是在压电陶瓷、铁磁材料和周期结构上面做的。

Untilrecentlyopticalsecondharmonicgeneration(SHG)hasbeenstudiedonlyinthefar-fieldregionofsamplesandonlywithdiffraction-limitedopticalresolution.Thedevelopmentofnear-fieldscanningopticalmicroscopy(NSOM)hasopenedthePossibilityforstudyingnumerou