近场光学显微镜对介质的最佳分辨研究

【摘要】：与传统的光学显微镜相比，近场光学显微镜突破了瑞利衍射极限的限制，为我们提供了纳米级的分辨率。而相对于分辨率更高的扫描隧道电子显微镜来说，近场光学显微镜具有非接触和非破坏的优点，对于有机生命体的观测具有更高的实用价值。由于其广泛的应用，近年来对于近场光学显微镜的研究在实验和理论上都得到了较大的发展。本文在对近场光学理论简要介绍的基础上阐述了近场光学显微镜高分辨成像的原理，然后通过麦克斯韦电磁场理论在介质中的应用，建立了探针与样品之间的相互作用方程，从介质球的探测出发，研究了近场光学显微镜对于介质的最佳分辨情形，并分析了影响近场光学显微镜分辨率的几个重要因素，为近场光学显微镜的合理设计提供了理论依据。 本文第一章主要介绍了近场光学显微镜的诞生、发展及应用，并对近场光学显微镜的构造，工作模式和成像原理做了简单的介绍。第二章则在给出突破衍射极限的条件后，介绍了研究近场光学显微镜所要采用的几种方法。第三章则在前两章的基础上着重研究了近场光学显微镜对于介质的成像情况，从麦克斯韦电磁场理论出发，利用偶极近似，分析了介质球的辐射问题。然后我们建立了探针与介质球之间的相互作用方程，求得样品与介质球间的相互作用常数；接着我们通过解线性方程组，在给定的条件下求得探测光强的解析解，结果表明，在1=60nm的地方，探测光强出现极大值，也就是在这个位置，分辨效果最好，并从理论上证明了这个位置恰好是近场和远场相消的地方。在文章的最后我们又从探测光强的表达式出发，对于近场光学显微镜各个常数的选择给出了具体的理论依据，从而得到影响分辨率的几个重要因 素，如:探针的几何形状，照明光波的波长及偏振方向，探针的 数值孔径等等。