周期性样品PSTM消假像数值模拟

以微扰方法为基础 ,利用双光束照射周期性样品消除由形貌引起的假像 .给出了 0 -方位和π-方位照射下 s-极化和 p-极化在玻璃光栅上等强度和等高度扫描模式下的近场强度图像 .通过比较得到了较好的结果 ,并讨论了各种参数如极化和针尖与样品之间的距离对光子扫描隧道显微镜图像的影响 .

PSTM中不同探针扫描成像的模拟分析

金属纳米粒子或薄膜在可见光的激励下产生表面增强效应。尝试在光子扫描隧道显微镜(PSTM)中应用带铝的光纤探针来提高成像的分辨率和灵敏度。采用二维时域有限差分法(FDTD)模拟计算了裸光纤、尖端镀铝颗粒光纤、孔径镀铝膜光纤和全镀铝膜光纤探针的成像。结果显示,采用带铝探针后的灵敏度均比裸光纤提高两个数量级;尖端镀铝颗粒光纤探针的分辨率最好,可优于20nm;全镀铝膜和孔径镀铝膜光纤探针的分辨率分别可达到20nm和60nm。结果可供探针制备及实验参数设置参考。

PSTM 四层介质理论探测场的数值模拟

使用最新光子扫描隧道显微镜（ＰＳＴＭ）探测场的理论计算公式，采用比较符合实际探测的理论模型，对ＰＳＴＭ探测场进行了计算机数值模拟，对探测场分布随扫描控制参量的变化规律进行了系统的研究，得到了与实际探测结果一致的探测场分布规律，为ＰＳＴＭ四层介质理论的进一步应用打下了基础．

带纳米金属棒PSTM孔径光纤探针成像的数值模拟

用三维时域有限差分方法对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟。采用等高扫描从分辨率和灵敏度的角度分别讨论了纳米金属棒长度、扫描高度、孔径大小及镀膜厚度对成像的影响。数值模拟结果显示,带纳米金属棒镀膜孔径探针的性能主要受纳米棒的尺寸决定,较普通孔径探针在分辨率和灵敏度方面都有明显改进,并且稳定性更高。

一种纳米分辨率近场光学显微镜——光子扫描隧道显微镜

报导了我们研制的一台光子扫描隧道显微镜。论述了原理，结构，光纤探针制造，信号放大以及调试中解决的几个技术问题等。图像的横向分辨率优于１０ｎｍ，纵向分辨率约１ｎｍ，扫描范围１０μｍ×１０μｍ。还观察了云母。

生物驻极体鱼鳞片的NFOM分析

利用ＮＦＯＭ（ＮｅａｒＦｉｌｅｄＯｐｔｉｃａｌＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）系统对生物驻极体鱼鳞片进行了现测，其结果证实了鱼鳞片中的骨胶朊的有序排列是其驻极特性的来源；同时又观测到了生物驻极体在生长中的结构的形态分形图像并对之讨论。

光子扫描隧道显微镜成像原理的数值研究

用二时域有限公司差分 (FDTD)方法模拟光子扫描隧道显微镜 (PSTM)的基本原理。计算包括玻璃 ,空气和平面探针三层模式。给出了样品在全内反射照射下总场分布的图像和在样品上方等高扫描的光强分布图。并且给出光子扫描隧道显微镜中的光子隧道效应即在样品上方用一亚波长尺度的微小探针可将隐失波转变为传输波的图片。

光子扫描隧道显微镜测量折射率图象的初步研究

光子扫描隧道显微镜 ( PSTM:Photon Scanning Tunneling Microscope)测得的图象不仅与形貌有关 ,而且与贯穿整个样品的光学参数有关 ,即有可能用它获取样品折射率图象。本文在理想情况下运用多层薄膜理论 ,分析了 PSTM中各种参量 (样品层折射率 n1,厚度 d1,入射角θ0 )对折射率测量的影响。结果表明在适当的样品厚度 d1( d1≤λ/8) ,能达到较大灵敏度 ,且无明显假象 ,结论可供参数设置特别是样品制备时参考。

基于迈克耳孙干涉仪的近场光学实验

介绍了一种以迈克耳孙干涉仪作为操作平台的近场光学实验系统.该系统可以测量棱镜内表面全内反射产生的隐失场,观察两维光栅样品的近场光学结构,还可以用于光子扫描隧穿显微镜(PSTM)的原理性实验,有助于学生深入了解隐失场的结构和近场光学显微镜的基本工作原理.该装置具有结构简单可靠,操作简便等特点,十分适用于物理实验教学.

使用自激振荡法提高原子力光子扫描隧道组合显微镜的扫描速度

介绍了采用频率偏移控制样品/探针间距的原子力光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)。制备了尖端直径<100nm,锥角为60～90°的锐利大锥角探针用于轻敲自激振荡模式的AF/PSTM,该探针固定在压电陶瓷片上置于一个正反馈回路中激励探针振荡。使用锁相器解调自激振荡探针的频率,调整Z方向压电陶瓷的运动使得锁相器检测到的值维持恒定来跟踪样品的起伏。对外加激励模式和自激振荡模式进行了对比。理论分析表明,自激振荡方法减小了探针响应时间;测试试验显示,采用自激振荡模式AF/PSTM的带宽为50Hz,比外加振荡模式快一个数量级。采用改进后的仪器对光栅样品以1Hz的速度进行了扫描,扫描结果显示,采用自激振荡的方式得到的形貌和光学图像比外加激励模式更清晰,不仅响应时间更快,通过提高Q值还可以提高分辨率而不会增加系统进入稳态的时间。

用于原子力与光子扫描隧道组合显微镜的浸油显微物镜

双功能原子力与光子扫描隧道显微镜(AF/PSTM)用π对称双光束照明方法来消除假象。为改进现有的AF/PSTM系统,提出新的照明系统方案,并设计了新方案中需要的高数值孔径的浸油显微物镜。根据具体的物镜系统参数要求,选择合适的初始结构,用ZEMAX光学设计软件对物镜进行设计、优化和像质评价,设计结果显示浸油物镜的数值孔径大约1.54,可以很好地满足照明系统的需要。

基于小波函数的时域多分辨分析在近场光学中的应用

实现了基于双正交的Cohen Daubechies Feauveau(CDF)小波的时域多分辨分析(MRTD),并将其用于近场电磁散射模拟中。结果表明,在相同的网格划分下基于小波的MRTD比基于尺度函数的MRTD具有更高的数值准确性。最后,对带纳米金属棒孔径光纤探针成像进行了数值模拟,结果显示其成像效果优于普通孔径探针。

近场光显微镜的研究

近场光显微镜（ＮＦＯＭ）是一种高分辩率的扫描探针显微镜。通过对ＮＦＯＭ的发展、原理进行了论述，并提出了一个实用的ＮＦＯＭ系统，完成了从扫描检测到计算机采集处理以及图象处理分析的全部工作。应用该系统，成功地对光栅、玻璃等样品采集成象，并进行了一些分析。结果表明该系统分辨率达到１００ｎｍ以上，ＮＰＯＭ对非导体材料特别是生物材料有着广阔的应用前景。

光子扫描隧道显微镜探测场的理论研究

对光子扫描隧道显微镜探测场进行了理论研究，由于在实际探测时支承样品的玻璃与样品间的折射率是不同的，计入支承样品玻璃影响，得出了比较符合实际的探测场理论计算公式。

探针接收光强的龙贝格积分法

光子扫描隧道显微镜是利用光纤探针进行探测的。由于透过介质的光强并不会完全被光纤探针所接收，所以利用麦克斯韦方程组计算光纤探针接收光强是非常困难的，目前仍没有合适的方法。本文找到了一种近似方法并在微机上进行数值模拟，得到一些计算结果，对于光子扫描隧道显微镜的实际探测具有一定的意义。

表面单分子量子态的探测和调控研究进展

单分子体系是一种典型的受限量子体系,且由于其能级分立、轨道局域、化学拓展性强,因而具有丰富的电子态、光子态以及自旋态,这些分子体系中由量子力学决定的物态使得利用单分子作为未来量子信息的载体成为可能.对单分子尺度量子态的探测和调控研究有利于我们“自下而上”精确构建量子器件.由于单分子体系的尺寸限制,宏观的表征手段难以对其进行精确地调控和探测.扫描隧道显微镜具有高精度的实空间定位能力,高分辨的成像和谱学能力,可以实施原位的分子操纵,还可以与多种外场和局域场表征技术联用,是目前精确探测和调控分子尺度量子态特性的重要工具.本文撷取这一领域较为代表性的进展,介绍了基于扫描隧道显微学技术的表面吸附单分子及其相关结构中的量子态研究现状.首先介绍了表面单分子体系量子态的制备手段,然后分别重点介绍了单分子的局域磁自旋态以及单分子作为单光子源的光学特性.对于石墨烯分子结构我们将其视为一种大分子的单分子体系,分别从其拓扑电子态和自旋态的表征和调控两方面做了介绍.最后总结并对单分子量子态研究未来的发展做了展望.

高效、高分辨光纤微探针的制备及检验

提出两种同时满足高分辨、高传光效率的探针模型以及制备方法 :先用自制热拉装置将光纤拉制成过渡区为双曲线或抛物线形的探针 ,然后用 4 0 %氢氟酸进行快速腐蚀 ,使探针孔径变小而保持过渡区域形状和锥度基本不变。所获探针孔径变化范围为 2 0～ 2 0 0 nm,锥度 2 0°～ 6 0°。为检验探针性能 ,将两种探针的出射光分布与用传统热拉法所得到探针进行对比 ;探测了光子扫描隧道显微镜状态下的倏逝波衰减曲线 ;给出了用集光式扫描近场光学显微镜得到的近场光学图像 ;同时 ,验证了探针对剪切力控制的适用性。

原子力与光子扫描隧道组合显微镜

介绍了超高分辨光子扫描隧道显微镜(PSTM)的研究历程,为解决第一代(单光束照明)光子扫描隧道显微镜中存在人为假象和样品光学图像与形貌图像难于分离两个难题,用π对称双光束照明方法消假象,用原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)图像分解方法分离样品光学透过率、折射率与形貌图像。研制成功新一代原子力与光子扫描隧道组合显微镜(AF/PSTM)样机。该样机在一次扫描中已获得两幅原子力显微镜图像(形貌与相位)和两幅光学图像(透过率和折射率),有效地减少了假象,分解了样品光学折射率、透过率与形貌图像。

探针尖带金属微粒的光子扫描隧道显微镜成像数值模拟

引入了色散介质的时域有限差分法散射场方程,并针对光子扫描隧道显微镜的带金属尖光纤扫描成像问题进行三维的数值模拟。在考虑了光纤和样品相互作用的情况下,采用等效入射波法设置入射波,探针扫描模式为等高扫描模式,从成像分辨力和灵敏度的角度,比较了不同入射角、不同的光纤样品间距,不同金属类型,及不同金属尖大小的成像情况。数值模拟结果显示,带金属颗粒光纤探针尖的光子扫描隧道显微镜在成像分辨力和灵敏度上有显著的改进,而带不同类型金属颗粒情况下对分辨力影响不大,灵敏度是银最好。

光子扫描隧道显微镜的角谱传递函数

用傅里叶角谱衍射理论推导了光子扫描隧道显微镜的标量和矢量角谱传递函数。计算表明， 光子扫描隧道显微镜的角谱传递函数鲜明地分成两个区， 即远场区和近场区。随着探针样品间距增大， 近场区内的角谱其振幅迅速衰减， 频率越高衰减越快， 而相位保持不变； 相反远场区内的角谱其振幅保持不变， 而相位非均匀线性增加， 频率越低增加越快。光子扫描隧道显微镜对近场角谱的采集能力是其突破瑞利衍射极限的关键。进一步根据角谱传递函数计算了不同样品的光子扫描隧道显微镜理论图像， 分析了探针与样品的间距、探针孔径大小。