NTEGRA SNOM

納米級的光學成像和光譜學。

掃描近場光學顯微鏡（SNOM）使研究樣品的光學特性的分辨率遠遠超過衍射極限。樣品的熒光，發光，透射，散射等可以以幾十納米的空間分辨率進行映射。存在近場顯微鏡的兩種主要方法：（i）孔徑類型SNOM和（ii）無孔徑技術。 在種情況下，將掃描上的亞波長尺寸孔徑用作光學探針。這通常是光纖或懸臂的金屬涂層中的開口。通常，孔徑類型SNOM的空間分辨率取決于孔徑。無光圈技術也基于近場光學現象，但是不需要使光通過孔。無孔/散射SNOM，增強拉曼/熒光，STM發光等均屬于此類。SNOM技術廣泛用于納米光子學（等離子，光子晶體和波導等），激光技術，光學微器件和材料科學中。

應用范圍

基本系統配置

光纖SNOM系統

懸臂SNOM系統

SNOM適用于光學微型設備

相微菲涅耳環帶板的近場聚焦

SNOM研究了使用聚焦離子束銑削在玻璃基板上制造的雙相微菲涅耳波帶片（FZP）的聚焦行為。發現從相位微FZP可以獲得具有亞波長光束寬度和加長的聚焦深度的不對稱光斑。測量結果與計算結果一致。

（a）實驗裝置。（b）相顯微FZP的SEM圖像和（c）剪切力形貌。相板具有八個完整區域，蝕刻深度約為300 nm。（d），（e）計算出的入射光和透射光在XZ和XY平面上的電場強度分布。（f），（g）電場強度（由SNOM檢測）在通過微FZP傳輸后，在距板表面10 nm和750 nm高度的平面處的實驗強度分布。數據來自：R.G. Mote, S.F. Yu, A. Kumar, W. Zhou, X.F. Li, APPLIED PHYSICS B 102: 95–100 (2011).

微聚焦等離激元器件的表征

基于金的聚焦等離子體激元裝置的聚焦行為由SNOM表征。實驗結果表明，與仿真結果相符，聚焦效果顯著。

（a）設備的SEM圖像。（b）通過等離子裝置的透射光的電場強度分布（模擬）。SNOM檢測發送的字段。距離（c）z = 0.5μm，（d）z = 1.6μm，（e）z = 2.5μm和（f）z = 3.5μm的距離在水平面上的透射光的強度分布。設備表面；（g）沿（d）中的實線的強度分布。數據來自：Dr. Fenghuan Hao, Dr. Rui Wang and Dr. Jia Wang , OPTICS EXPRESS Vol. 18, No. 3, 15741- 15746 (2010).。

SNOM用于光子晶體

光在光子晶體波導中的傳播

收集模式下的孔徑SNOM用于將電磁場分布與光子晶體的表面形貌相關聯。限制在樣品表面上方的光學近場由SNOM收集，該位于樣品表面上方幾納米的位置。

光在單線缺陷光子晶體（PhC）波導中的傳播，該波導圖案化為450 nm厚的獨立式鈮酸鋰膜。在PhC波導表面上方記錄的SNOM形貌（a）和光學近場（b）圖像。可以從光學近場圖像中檢索PhC波導的Bloch波矢量。 數據來自：R. Geiss, S. Diziain, N. Janunts, APPLIED PHYSICS LETTERS 97, 131109 (2010).。

光子晶體中的慢布洛模式分析

通過使用電子束光刻在InP平板中鉆出空氣孔的蜂窩狀晶格，然后進行反應性離子刻蝕來制備光子晶體。近場光學顯微鏡用于以低于衍射極限的空間分辨率可視化模式的漸逝分量。

（a）剪切力地形圖（2×2 µm）。（b）1611 nm（2×2 µm）處的光學近場圖像，圓圈表示2D光子晶體的孔位置。在每個晶胞中觀察到了甜甜圈狀的單極模式，其內半徑和外半徑分別為70 nm和310 nm。（c）在光子晶體表面的模擬電場強度（2×2µm）。 數據來自：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

表面等離激元極化子的偏振控制可調諧方向性耦合

可以耦合到等離子體裝置的光信號的偏振態通常受到耦合過程選擇性的限制。對于定向SPP激發，通常僅入射光的分量垂直于溝槽或脊狀散射元素（對于光柵）或金屬表面本身（對于基于棱鏡的方案）垂直偏振可以耦合到SPP中。正交偏振態的光不會耦合到SPP，從而導致SPP信號的減少和入射偏振態信息的丟失。

在控制生成的SPP的傳播方向時會遇到其他挑戰。通常，生成的SPP的傳播方向很難控制，這會導致大量的噪聲源并降低效率。這項工作提出了一種定向等離激元耦合器，它通過為SPP提供極化不變的耦合效率，同時允許控制兩個反向傳播的SPP模式之間的功率分配，從而解決了這些挑戰。這包括單向耦合并保留極化信息。使用聚焦離子束銑削（FIB）在150 nm厚的金膜中制造了特殊的結構。用偏光的633 nm激光對結構進行背照，并使用掃描近場光學顯微鏡對SPP進行測量。 通過耦合器結構形成的表面等離激元極化子（SPP）：（a）在金膜中制造的結構的SEM圖像，用于λ= 633 nm的操作。該結構的SNOM圖像由具有不同偏振的光（b）線性，（c）右圓形，（d）左圓形背光照明。 數據來自：Jiao Lin, J. P. Balthasar Mueller, Qian Wang, Guanghui Yuan, Nicholas Antoniou, Xiao-Cong Yuan, Federico Capasso, SCIENCE, Vol. 340 , 331-334 (2013).

金波導上的引導等離子體激元

使用相位工程光學渦旋光束產生等離子莫爾條紋

這項工作演示了二維（2D）等離子體激元Moiré條紋的動態生成，該條紋是由于兩個表面等離激元極化子（SPP）駐波具有角度失準的重疊而產生的。SPP波由具有不同拓撲電荷（l =±6）的光學渦旋（OV）光束激發。l的符號確定螺旋波前的旋度。由于其的相位特性，OV光束提供了一種自然而簡單的相位調制方法，可以有效，動態地控制SPP。

（a）四個金屬光柵的SEM圖像，以產生等離子體莫爾條紋。黑色箭頭表示入射光學渦旋光束的偏振方向。紅色和藍色箭頭分別表示正和負拓撲電荷光學渦旋光束激發的SPP的傳播方向。（b）SNOM測量了兩個SPP駐波的重疊導致的莫爾條紋。 數據來源：Guanghui Yuan, Qian Wang, and Xiaocong Yuan, OPTICS LETTERS, Vol. 37, No. 13, 2715-2717 (2012).

散射（無光圈）SNOM

散射（無孔）SNOM技術通常用于可視化等離子體結構中的局部電磁場。在這種技術中，使用尖銳的探針將局部近場光散射到遠場中。在掃描樣品表面時在遠場中測量散射的輻射強度，從而以空間分辨率?10 nm可視化結構中局部光的分布。

（a）散射SNOM用于可視化等離子透鏡（PL）中的縱向場分布（| Ez | 2）。（b）PL結構的AFM圖像–在玻璃基板上的金薄膜上形成圓形縫。（c）在PL中心計算和（d）測量的縱向場強。

用于激光研究的Snom成像

a）模擬1.07μm激光二極管發出的光的XZ強度分布。b）通過基于懸臂的SNOM測量的XZ強度分布，c）在SNOM收集模式下在激光表面測量的光發射的XY強度分布。 數據來自：A. Shelaev, M. Yanul, P. Dorozhkin, NT-MDT. Sample courtesy: A. Ankudinov, S. Slipchenko, A. Podoskin, I. Tarasov, Ioffe Physical Technical Institute.

光子晶體光纖

a）光纖橫截面的SEM圖像，顯示了光纖纖芯中的光子晶體結構。（b）取自光纖部分的地形圖（紅色調色板）和光強度（SNOM集合）圖像（綠色調色板）的疊加。光纖中傳播的光位于光子晶體結構的中心。 數據來自：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).