纳米光学之近场光学1试题.pptx

纳米光学及应用Nano-Optics and ApplicationsNanophotonics 近场光学1 Near-Field Optics 本讲内容 什么是近场光学 为什么要用近场光学——衍射极限 近场光学基本原理 一、什么是近场光学 近场： 从物体表面到一个波长以内的距离。 远场： 从近场以外一直延伸到无穷远的区域。 近场光学及近场光学显微镜概念 1、近场光学： 研究距离物体表面一个波长以内光学现象的学科。 2、近场光学显微镜： 用来观测微观尺度光学现象的新观测工具。 不用光学透镜成像, 而用探针的针尖在样品表面上方扫描获得样品表面的信息。 一、什么是近场光学 一、什么是近场光学 隐失场，隐失波，倏逝波 二、为什么要用近场光学 传统光学显微镜照片 二、为什么要用近场光学 传统光学显微镜分辨本领 传统光学显微镜 －光学透镜组成 光学衍射极限 －艾里斑 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 传统光学分辨率极限 提高传统光学显微镜分辨率的途径 1）选择更短的波长 uv 电磁辐射、x 射线、或电子束 2）提高n, 用折射率很高的材料工作 浸油显微镜 二、为什么要用近场光学 提高显微镜分辨率的历史概貌 二、为什么要用近场光学 12 电子显微镜 1938 (分辨率0.1纳米） electron microscopy, SEM 二、为什么要用近场光学 场离子显微镜分辨率0.1纳米） Field ion microscopy (FIM) 二、为什么要用近场光学 14 扫描穿隧式显微镜1982scanning tunneling microscopy,STM 二、为什么要用近场光学 原子力显微镜1985atomic force microscopy, AFM 二、为什么要用近场光学 磁力显微镜1987magnetic force microscopy,MFM 二、为什么要用近场光学 17 扫描近场光学显微镜1986scanning near-field optical microscopy,SNOM 二、为什么要用近场光学 长期以来，光学显微镜的成像效果被认为受到光的波长限制，无法突破0.2微米、即光波长二分之一的分辨率极限。这3位科学家则以创新手段“绕过”这一极限，通过激光束激活荧光分子，在荧光分子发光的时候通过特别手段消除或过滤掉多余荧光，从而获得比“极限”更精确的成像。 二、为什么要用近场光学 回到近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 二、为什么要用近场光学 三、近场光学基本原理 回顾傅里叶光学基本内容 隐失场 三、近场光学基本原理 Basic concept of Fourier Optics 傅立叶光学的基本思想 单色波入射，空间频率信息会被特定方向的衍射波输送出来，衍射波在近场彼此交织，到了远场它们分开，从而达到分频的目的. 远场分频装置是透镜，衍射斑和图象的空间频率一一对应，焦面就图象的傅立叶频谱面－－现代光学对夫琅禾费衍射的新认识。 三、近场光学基本原理 成像光学仪器就是一个低通滤波器。物平面包含从低频到高频的信息,透镜口径限制了高频信息通过,只许一定的低频通过, 丢失了高频信息的光束再合成,图象的细节变模糊。 入射光经物平面发生夫琅和费衍射，在频谱面上形成一系列衍射光斑,各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠加，形成像。 三、近场光学基本原理 采用傅里叶光学平面波展开法，原点（x,y,0）得到的角谱 (2) （3） 傅里叶光学角谱方法 三、近场光学基本原理 由E(x，y，z ）处的光场 （4） （5） 三、近场光学基本原理 隐失场理论1、隐失场的特征 隐失波 (evanescent wave，衰逝波, 迅消波、倏逝波等)