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2015-07-27 发布于山西
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扫描近场光学显微镜理论与应用 Theory and Application for the Scanning Near-field Optical Microscope 本文作者：指导老师：二○一三年冬摘要本文通过对 STM 与 SNOM 技术的类比,通过对 Schrödinger 方程与 Helmholtz 方程的比较,将对STM 的研究方法与模型直接引入SNOM 的研究,用一种新的方法给出了SNOM 的成像原理和分辨率计算. 关键词： STM 近场光学 SNOM 含时微扰 I Abstract The essay makes an analog between STM and SNOM, compares the Schrödinger ’s equation with Helmholtz’s equation, and introduces the methods of STM to SNOM, thus gives a new approach of the image -forming principle and the calculation of resolution ratio. Keywords: STM near -field optics SNOM time-dependent perturbation II 目录第1 章引言 1 第2 章动力学方程的类比——模型引入的可行性 2 第3 章光场模式的波函数形式 3 3.1 空间周期平面光场的衰逝部分——光场的Bloch 形式 3 3.2 1s 球波与球形光场的衰逝部分 5 第4 章用含时微扰计算耦合 7 第5 章结论——成像公式 8 第6 章应用——SNOM 分辨率的起源解释 .9 参考文献 10 致谢 11 III 第1章引言扫描进场光学显微镜(SNOM)是一种突破光学衍射极限的扫描探针式显微镜,在分子尺度能够对物质表面进行清晰的,无损伤的扫描成像,在物理器件制备与表征,生物分子成像等方面都有广泛的应用. SNOM 是通过对物质表面的衰逝波的探测从而表征物质表面形貌的,其具体结构是由一个极细的光纤或者微孔波导(尖端直径在几十个 nm 量级)作为探针, 在距离样品表面很近(大约在探测光波长的量级) 的区域,对样品的近场光进行扫描成像.其成像原理可用对麦克斯韦方程组加上适当的边界约束条件求解得到, 这种方法前人已有结论. 关于扫描探针显微术,另一种广为应用的仪器为扫描隧道显微镜(STM),其基本原理为量子隧穿效应,具体的成像理论也已经自成一体. 由于量子隧穿的电子波函数与光场的衰逝波具有相似的形式,我们考虑将 STM 的成像理论模型与数学计算直接引入到 SNOM 的成像原理的研究中,这是一项前人没有做过的工作, 但是已经有了相应的应用与对SNOM 的结构改造实验. 1 第2章动力学方程的类比——模型引入的可行性在量子隧穿的模型中,非相对论形