响应式图像

扫描近场光学显微镜

NTEGRA SNOM

纳米级的光学成像和光谱学。

扫描近场光学显微镜(SNOM)使研究样品的光学特性的分辨率远远超过衍射极限。样品的荧光,发光,透射,散射等可以以几十纳米的空间分辨率进行映射。存在近场显微镜的两种主要方法:(i)孔径类型SNOM和(ii)无孔径技术。 在第一种情况下,将扫描尖端上的亚波长尺寸孔径用作光学探针。这通常是光纤尖端或悬臂的金属涂层中的开口。通常,孔径类型SNOM的空间分辨率取决于孔径。无光圈技术也基于近场光学现象,但是不需要使光通过孔。无孔/散射SNOM,尖端增强拉曼/荧光,STM发光等均属于此类。SNOM技术广泛用于纳米光子学(等离子,光子晶体和波导等),激光技术,光学微器件和材料科学中。

应用范围

  • 光纤
  • 激光发射
  • 等离子
  • 光伏
  • 量子点
  • 基本系统配置

    光纤SNOM系统

  • 尖端扫描(和样品扫描):对等离激元学很重要;
  • 尖端扫描(和样品扫描):对等离激元学很重要; 音叉剪切力音叉反馈可将SNOM探针稳定定位在距基板仅几海里的位置。
  • 音叉反馈不需要AFM激光。这样可以在非常宽的光学范围(紫外线,可见光,红外线)中使用SNOM光纤,而不会干扰AFM激光;
  • SNOM模式:反射,收集,传输。
  • 悬臂SNOM系统

  • 悬臂式SNOM探针具有更高的可重复性,耐用性和更长的使用寿命。
  • SNOM探针的传输率比光纤SNOM探针的传输率高(对于相同的孔径)。
  • AFM激光偏转反馈允许使用所有不同的反馈模式:接触式,半接触式,非接触式;
  • 自动对准(激光到孔径);
  • SNOM模式:收集,传输。
  • SNOM适用于光学微型设备

    相微菲涅耳环带板的近场聚焦

    SNOM研究了使用聚焦离子束铣削在玻璃基板上制造的双相微菲涅耳波带片(FZP)的聚焦行为。发现从相位微FZP可以获得具有亚波长光束宽度和加长的聚焦深度的不对称光斑。测量结果与计算结果一致。

    (a)实验装置。(b)相显微FZP的SEM图像和(c)剪切力形貌。相板具有八个完整区域,蚀刻深度约为300 nm。(d),(e)计算出的入射光和透射光在XZ和XY平面上的电场强度分布。(f),(g)电场强度(由SNOM检测)在通过微FZP传输后,在距板表面10 nm和750 nm高度的平面处的实验强度分布。数据来自:R.G. Mote, S.F. Yu, A. Kumar, W. Zhou, X.F. Li, APPLIED PHYSICS B 102: 95–100 (2011).

    微聚焦等离激元器件的表征

    基于金的聚焦等离子体激元装置的聚焦行为由SNOM表征。实验结果表明,与仿真结果相符,聚焦效果显着。

    (a)设备的SEM图像。(b)通过等离子装置的透射光的电场强度分布(模拟)。SNOM检测发送的字段。距离(c)z = 0.5μm,(d)z = 1.6μm,(e)z = 2.5μm和(f)z = 3.5μm的距离在水平面上的透射光的强度分布。设备表面;(g)沿(d)中的实线的强度分布。数据来自:Dr. Fenghuan Hao, Dr. Rui Wang and Dr. Jia Wang , OPTICS EXPRESS Vol. 18, No. 3, 15741- 15746 (2010).。

    SNOM用于光子晶体

    光在光子晶体波导中的传播

    收集模式下的孔径SNOM用于将电磁场分布与光子晶体的表面形貌相关联。限制在样品表面上方的光学近场由SNOM尖端收集,该尖端位于样品表面上方几纳米的位置。

    光在单线缺陷光子晶体(PhC)波导中的传播,该波导图案化为450 nm厚的独立式铌酸锂膜。在PhC波导表面上方记录的SNOM形貌(a)和光学近场(b)图像。可以从光学近场图像中检索PhC波导的Bloch波矢量。 数据来自:R. Geiss, S. Diziain, N. Janunts, APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 131109 (2010).。

    光子晶体中的慢布洛模式分析

    通过使用电子束光刻在InP平板中钻出空气孔的蜂窝状晶格,然后进行反应性离子刻蚀来制备光子晶体。近场光学显微镜用于以低于衍射极限的空间分辨率可视化模式的渐逝分量。

    (a)剪切力地形图(2×2 µm)。(b)1611 nm(2×2 µm)处的光学近场图像,圆圈表示2D光子晶体的孔位置。在每个晶胞中观察到了甜甜圈状的单极模式,其内半径和外半径分别为70 nm和310 nm。(c)在光子晶体表面的模拟电场强度(2×2µm)。 数据来自:Thanh-Phong Vo, Adel Rahmani, Ali Belarouci, Christian Seassal, Dusan Nedeljkovic and Ségolène Callard, OPTICS EXPRESS Vol. 18, No. 3, 15741- 15746 (2010).

    SNOM for plasmonics

    表面等离激元极化子的偏振控制可调谐方向性耦合

    可以耦合到等离子体装置的光信号的偏振态通常受到耦合过程选择性的限制。对于定向SPP激发,通常仅入射光的分量垂直于沟槽或脊状散射元素(对于光栅)或金属表面本身(对于基于棱镜的方案)垂直偏振可以耦合到SPP中。正交偏振态的光不会耦合到SPP,从而导致SPP信号的减少和入射偏振态信息的丢失。

    在控制生成的SPP的传播方向时会遇到其他挑战。通常,生成的SPP的传播方向很难控制,这会导致大量的噪声源并降低效率。这项工作提出了一种定向等离激元耦合器,它通过为SPP提供极化不变的耦合效率,同时允许完全控制两个反向传播的SPP模式之间的功率分配,从而解决了这些挑战。这包括单向耦合并保留极化信息。使用聚焦离子束铣削(FIB)在150 nm厚的金膜中制造了特殊的结构。用偏光的633 nm激光对结构进行背照,并使用扫描近场光学显微镜对SPP进行测量。 通过耦合器结构形成的表面等离激元极化子(SPP):(a)在金膜中制造的结构的SEM图像,用于λ= 633 nm的操作。该结构的SNOM图像由具有不同偏振的光(b)线性,(c)右圆形,(d)左圆形背光照明。 数据来自:Jiao Lin, J. P. Balthasar Mueller, Qian Wang, Guanghui Yuan, Nicholas Antoniou, Xiao-Cong Yuan, Federico Capasso, SCIENCE, Vol. 340 , 331-334 (2013).

    金波导上的引导等离子体激元

    使用配备了外差式干涉仪的SNOM,研究了SPP波导中的表面等离子体激元(SPP)传播。同时测量了SPP电磁场的强度和相位分布。 (a)波导的形貌。(b)SNOM探头耦合的电磁场的幅度。(c)电磁场的相位。使用了785 nm激发激光。 数据来自:Antonello Nesci and Olivier J.F. Martin

    使用相位工程光学涡旋光束产生等离子莫尔条纹

    这项工作演示了二维(2D)等离子体激元Moiré条纹的动态生成,该条纹是由于两个表面等离激元极化子(SPP)驻波具有角度失准的重叠而产生的。SPP波由具有不同拓扑电荷(l =±6)的光学涡旋(OV)光束激发。l的符号确定螺旋波前的旋度。由于其独特的相位特性,OV光束提供了一种自然而简单的相位调制方法,可以有效,动态地控制SPP。

    (a)四个金属光栅的SEM图像,以产生等离子体莫尔条纹。黑色箭头表示入射光学涡旋光束的偏振方向。红色和蓝色箭头分别表示正和负拓扑电荷光学涡旋光束激发的SPP的传播方向。(b)SNOM测量了两个SPP驻波的重叠导致的莫尔条纹。 数据来源:Guanghui Yuan, Qian Wang, and Xiaocong Yuan, OPTICS LETTERS, Vol. 37, No. 13, 2715-2717 (2012).

    散射(无光圈)SNOM

    散射(无孔)SNOM技术通常用于可视化等离子体结构中的局部电磁场。在这种技术中,使用尖锐的探针将局部近场光散射到远场中。在尖端扫描样品表面时在远场中测量散射的辐射强度,从而以空间分辨率〜10 nm可视化结构中局部光的分布。

    (a)散射SNOM用于可视化等离子透镜(PL)中的纵向场分布(| Ez | 2)。(b)PL结构的AFM图像–在玻璃基板上的金薄膜上形成圆形缝。(c)在PL中心计算和(d)测量的纵向场强。

    用于激光研究的Snom成像

    a)模拟1.07μm激光二极管发出的光的XZ强度分布。b)通过基于悬臂的SNOM测量的XZ强度分布,c)在SNOM收集模式下在激光表面测量的光发射的XY强度分布。 数据来自:A. Shelaev, M. Yanul, P. Dorozhkin, NT-MDT. Sample courtesy: A. Ankudinov, S. Slipchenko, A. Podoskin, I. Tarasov, Ioffe Physical Technical Institute.

    光子晶体光纤

    a)光纤横截面的SEM图像,显示了光纤纤芯中的光子晶体结构。(b)取自光纤部分的地形图(红色调色板)和光强度(SNOM集合)图像(绿色调色板)的叠加。光纤中传播的光完全位于光子晶体结构的中心。 数据来自:Data from: Chien-Chih Lai, Shih-Chang Wang, Yen-Sheng Lin, Ting-Hao Chen, and Sheng-Lung Huang, JOURNAL OF PHYSICAL CHEMESTRY C, 115, 20289– 20294 (2011).