利用镀银膜的四面锥尖实现纳米尺度聚焦光斑的数值模拟 numerical simulation of pyramdal tip entirely coated with ag film with focusing spot at nanometer scale.pdfVIP

第25卷第4期 电 子显微学报 Vol-25．No．4 2006年8月 J伽I珈|alofCmn髑e 2006．8 El倪位蛐Micr惦copy socie锣 文章编号：1000．6281(2006)04．0333．04 利用镀银膜的四面锥尖实现纳米尺度 聚焦光斑的数值模拟 姜宇驰1’2，李亚琴1，王晓秋3，吴世法¨ 摘要：利用(FD)2rID方法对全镀金属膜四面锥尖端近场的光增强分布进行了数值模拟，结果表明在平行光束从 全镀金属膜四面锥底面入射条件下，尖端近场可以获得纳米尺度的聚焦光斑，并且光场可以得到较大的增强。 关键词：F明[D；四面锥尖；半高宽；聚焦光斑 中图分类号：’IH742；TGll5．21+5．7文献标识码：A 早期的近场光学显微镜中的小孔装置是利用顶 差分形式，在这种差分格式中，每个网格点上电场 端留有小孔的镀金属膜石英小棍或中空玻璃管。后 (或磁场)分量仅与它相邻的磁场(或电场)分量以及 来应用较广的探针是在单模光纤顶端留有小孔的镀 上一时间步该点的场值有关。在每一时间步计算网 金属膜光纤探针…，这种探针由于光在金属膜中的 格空间各点的电场和磁场分量随着时间步的推进， 有限穿透深度而使得其空间分辨率受到限制，而且 即能够直接模拟电磁场的传播及物体的相互作用过 光在探针尖端隧道区域的指数衰减使得光强度很快 程。由于时域有限差分法直接从Ma】【weU方程出 趋于小孔径探测的极限。金属的表面等离子体激元 发，不需要任何导出方程，避免了使用更多的数学工 共振效应为光纤探针的设计提供了新的思路，无孔 具，成为一种较简单和直观的电磁场计算方法。因 此，时域有限差分法具有较强的适用性，近些年来广 径的光纤探针尖外表镀金属膜，在尖端小孔径处适 泛应用于近场光学的研究。 当残留较薄的金属膜层或者在光纤尖端黏附一个金 由于FD，ID方法不能处理色散介质的散射场， 属纳米粒子同时起到小孔径和增强的作用。 因此FDTD的使用受到一定程度的限制。而(FD) 传统的透镜由于受到衍射极限的限制，其聚焦 2’rD方法是在时域有限差分法的基础上发展起来 光斑的大小为上百个纳米。本文采用全镀银膜的四 的，可用来计算任意形状的色散介质与电磁波的相 面锥型探针尖，利用平面波从锥底面入射，在探针尖 互作用。将其延展到金属介质中，金属的介电常数 端附近得到纳米尺度的聚焦光斑，而且由于金属的 e随圆频率∞的变化关系H1为： 表面等离子体激元共振效应，聚焦光斑处的场强也 获得了很大的增强。 e(∞)=1一而南 di脆reIlcetimedoIrlain 时域有限差分法(6nite 得到了有限时域差分法在金属中的散射场公式。其 method，FDTD)是一种简单、直观的计算方法，近年来 中cc，。指等离子体频率，r指弛豫时间。本文